מבוא קודים ואנרגיה LDPC יעילות במכשירים ניידים

קודים נמוכים-רגישות של Parity-Check (LDPC) הפכו לאבן הפינה של תקני התקשורת האלחוטיים המודרניים, כולל 5G רדיו חדש, Wi-Fi 6/6E, ו- DVB-S2X, בשל ביצועי תיקון השגיאה הקרובה-Shannon-limit. במכשירים ניידים, שבו חיי סוללה וניתוק תרמי הם מגבלות קריטיות, האנרגיה הנצרכת על ידי ה-SLDPC יכול לייצג חלק משמעותי של עיבוד נתונים זמני, כיוון שעדיין לא מספק יותר, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם אלגוריתמים של יעילות רבה יותר, ואלגוריתמית, ואלגוריתמית, כמו גם אלגוריתמית, כמו גם אלגוריתמים של נתונים לטווח הארוך, אלגוריתמים של אלגוריתמים של עיבוד נתונים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים גמישים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים גמישים, ואלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים גמישים, כמו גם אלגוריתמים גמישים, אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים, כאשר אלגוריתמים

האתגר המרכזי הוא במסחר בין דיוק קידוד לבין מאמץ חישובי.אלגוריתמים חזקים יותר כגון The Sum- Product Algorithm (SPA) לספק ביצועים מצוינים של bit-טרור (BER) אך דורשים פעולות צף אינטנסיביות, בעוד גרסאות פשוטות יותר כמו ה- Min-Sum Algorithm (MS) לסוחרים כמה יכולת תיקון שגיאות למורכבות נמוכה יותר וצריכת חשמל נמוכה יותר, אשר מסייעות לנטרול אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של מערכות בקרה אופטימליות.

קודים LDPC ותפקידם בתקשורת סלולרית

קודים LDPC הוצגו לראשונה על ידי רוברט גלגר ב- 1960 הדוקטורט שלו, אך נשכחו במידה רבה עד גילוין באמצע שנות ה-90.כיום הם נמצאים בכל מקום במערכות אלחוטיות בעלות גבוהה.ב-5G NR, קוד LDPC משמשים לערוץ הנתונים (PDSCH ו- PCHUS) מכיוון שהם יכולים להתמודד עם הקוד הגדול ושיעורי הגבוה הנדרש על ידי קוד רחב (MBD) ללא קידוד קידוד קידוד קידוד משותף (ללא קידוד קידוד קידוד קידוד קידוד קידוד) בין ה-SCHD).

מכשירים ניידים מבצעים את הלכידות האלה על מעגלים משולבים יישומים ספציפיים (ASICs) או מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) מספר ההסרות, הדיוק של המסרים, ואת תוכנית התזמון הכל משפיע ישירות על צריכת האנרגיה. a טיפוסי LDPC decoder בסמארטפון עשוי לצרוך עשרות עד מאות אלגוריתמים במהלך קבלת נתונים פעילה, ובתנועה כבדה שיכולה לשלוט בבסיס של טכניקות עיבוד אנרגיה (C) עבור יישום ראשון של מערכת ההפעלה.

LDPC קובע את אלגוריה בפירוט

Sum- Product Algorithm (SPA)

המוצר Sum-Product algorithm הוא הקנוניות, המלא-מורכב אמונה propagation decoder. זה קובע יחס דמוי-כמוני (LLRs) באמצעות פונקציות טנגנטיות היפרבוליות ורב-הכפליות, ביצוע הקצוץ המדויק על הגרף של הקוד, בעוד SPA משיג את הביצועים הטובים ביותר עבור קוד נתון, עלות חישובית שלו היא גבוהה: כל רזולוציה משמעותית של פעולות דליפות או סטנדרטיות, ללא צורך משמעותי של חומרה, כולל פונקציות מרובות, כולל פעולות חד-טווח, בעוד SPA, כולל, כולל פונקציות מרובות, בעוד SPA, כולל פונקציות חומרת משקל, בעוד SPA, בעוד SPA, בעוד SPA, בעוד SPA, כולל פונקציות מרובות, כולל פונקציות מרובות, כולל פונקציות מרובות, בעוד SPA, כולל פונקציות קבועות, בעוד SPA, בעוד SPA, בעוד ש-מספקיות קבועות, כולל פונקציות מרובות, כולל פונקציות קבועות, בעוד ש-מספקיות.

Min-Sum Algorithm (MSA)

המיון-Sum Algorithm מפשט את עדכון הסימון על ידי החלפת הנוסחה של המוצר המדויק עם שיתוף פעולה של דקות.במיוחד, גודל ההודעה הנמשכת ל- Check-of-of-Sset הוא קרוב למינימום של גודל ה-Si-to-check הקרוב, והסימן הוא תוצר של הסימנים של הודעות נכנסות.

שם מקור: rubed

במקום לעדכן את כל הנקודות המשתנים בו זמנית (תזמון מעוקל), תהליכים תזמון שכבתיים לבדוק את הנקודות באופן שווה, באמצעות המסרים האחרונים באופן מיידי.זה מאיץ התכנסות, המאפשר לקוד להגיע לאותו BER עם 30-50% פחות היחלשות. כי צריכת האנרגיה כמעט באופן ליניארי עם ספירת, שכבת מצופה או מכווץ מספק רווח ישיר רבים.

מגוון וגישות היברידיות

החוקרים חקרו גם את הקידוד הסטוצ'יסטי, שבו הודעות מיוצגות כזרמים קטנים אקראיים, וקודנים אנלוגיים שפועלים ישירות על מתחים רצופים, בעוד מבטיחות לרשתות חיישן אולטרה-נמוכות, הגישות הללו עדיין לא הגיעו לבגרות הייצור הנדרשת למכשירים ניידים. A היברידית מעשית יותר היא האלגוריתם ההסתגלות: קוד שמתחיל עם קוד נמוך-MSA עבור מתגים מוקדמים של 15 נקודות תורים כאלה (A) רק כאשר הם יכולים להתכנסים עם אלגוריתם של אנרגיה (A) רק לאחר מכן הוא חזק יותר.

גורמים המשפיעים על צריכת האנרגיה ב- Mobile LDPC Decoders

צריכת האנרגיה בקודד LDPC מושפעת משילוב של אלגוריתם, אדריכלות - והחלטות ברמת המעגל.הבנת גורמים אלה מסייעת למעצבים לחזות אילו אופטימיזציה יגרמו להשפעה הגדולה ביותר.

  1. (FLT:0) ספירת ההקצאה וההתמדה המוקדמת: ⁇ 1) מספר ההסרות המרתיעות מתכפל ישירות את האנרגיה לבלוק קוד.טכניקות סיום מוקדמות - עצירה כאשר קודמה בתוקף (מאשר כל בדיקות השוויון) מזוהה - יכול להפחית את ספירת ההצתה הממוצעת עד 40% ביחסי אות בינוניים (SNRs).
  2. (FLT:0) מיספר Quantization ו- Word אורך: הטמעת נקודות קבועות 1:1 חייב לבחור את מספר ה bits המשמש לייצג כל הודעת LLR. Fewer ביטים להפחית את גודל הזיכרון ולקרוא / לכתוב אנרגיה אבל יכול לזלזל ER. a Modcoder רגיל משתמש בין 4 ל-8 סיביות עבור הודעות משתנות-tocheck זהירים; מחקרים קוונטיים מראים כי לעתים קרובות לספק ביצועים דומים כמו זיכרון צף.
  3. (FLT:0)Check Node Processing Complexity:FearLT:1 כפי שתואר לעיל, התוספת של ה- MSA צורכת הרבה פחות לוגיקה מאשר פעולות מבוססות ה-Tang של SPA. ב-28 nm CMOS, מחקר אחד מצא כי יחידת בדיקה עבור SPA תופסת בערך 3.5× 4× את הכוח הדינמי של יחידת MSA המקבילה.
  4. (FLT:0interconnect and Memory Access:FLT:1 LDPC decoders הם מקבילה מאוד; רשת בין-החליפה כי מסרים בין נקודות משתנה לבדוק צמתים יכולים לתרום עד 30% של אנרגיית ה-coder הכוללת. Efficient Communications topologies, כגון אדריכלות דומה לחלוטין או חלקית (row-מקבילה), אזור סחר לאנרגיה סלולרית, עיצובים למחצה, כולל, עם ארכיטקטורת זיכרון דומה עם מספר נמוך יותר, הוא מספר כפול של ארכיטקטורת זיכרון.
  5. (FLT:0Clock Gating and Power Domains:03: פיזור נתונים ברשתות סלולריות הם לסירוגין, הפעוט הוא לעתים קרובות idle. Advanced שעון gating, כוח קידוד ודינמית מתח ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (DVFS) יכול להפחית את הכוח סטטי (leage) במהלך idledes. An Adaptive בקר כי להתאים את המתח מבוסס על 10% של צריכת האנרגיה הנדרשת באמצעות 10 מקרים.

ניתוח השוואתי: אנרגיה וביצועים מסחר-Offs

מחקרים אקדמיים ותעשייתיים של NTSPA הגדירו את ה- Tradingoffs. for a rate-1/2,אורך-1024 קבוע (3,6) קוד ה-LDPC, ה-SPA בדרך כלל דורש כ-15-18 עד 18 אמירות מלאות כדי להשיג מילימטר של 10 תזמון:0-5FLT:1 ב- Eb/N0 מ- 2.0DB.

ב-World Mobile Test השבויים שפורסם בכנס Global IEEE-state Circuits של 2020 (ISSCC), מ- 12nm FinFET LDPC תומך ב- 5G NR השיג 8.1 pJ/bit ב-2.4 Gbps באמצעות אלגוריתם מינוס מינוס מינוס של 6 סיביות עם הגדרות דומות, דו"ח דומה SPA-coder דיווח מוקדם יותר על 14.5/Jbit, 44%, בנוסף לשיפור של 3.

(ב) [15] ויקרא י"ד): "[דרוש מקור]" (ב"ד:א) ,"ב]" (ב]"ב, ב"ב, ב"ב, ב"ד')" (ב"ב)"ב[[1924]], ב[[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]

אסטרטגיות למקסימום אנרגיה יעילות ב- Mobile Decoders

אופטימיזציה של Algorithm-Level Optimizations

  • (FLT:0) שימוש סלקטיבי של קנה מידה / החלפה: 1:1 יישום תיקון קטין או מכווץ sum מוסיף חישוב רשלני תוך התאוששות של 0.2-0.3 dB של SNR. זה לעתים קרובות מאפשר לקוד לפעול עם פחות היסוס, באופן ישיר לחסוך אנרגיה.
  • (FLT:0) סיום מוקדם והתאמה: ההרחבה:ראה פרק 1: השתמש בפסק דין המבוסס על סכום השוויון של הצ'ק-אין.לאחר שכל השורות שבע רצון, הניתוק מפסיק מיד.
  • (FLT:0)Low-complexity לבדוק את המבנים: אנדרט 1:1 מזרז את העובדה כי עדכון ה- sum של דקות רק צריך את שני גודלי הקלט הקטנים ביותר (ואינדיקציותיהם) מאפשר עץ קומפוטור קומפקטי מאוד, מצמצם את פעילות המעבר.

טכניקות אדריכלות קשיחות

  • (FLT:0) מזכר מיניזציה: FLT:1uing One-port SRAM במקום דואל-port, ושיתוף זיכרון בין נקודות משתנה לבדוק צמתים, מקטין את האזור והדליפה. לוח הזמנים השכבתי דורש פחות זיכרון משום שהודעות ביניים יכולות להיות מאוחסנים בקבצים רשומים.
  • (FLT:0) קידום אלמנט (PE) שיתוף: ההרחבה 1 (A Single PE יכול להיות זמן-מורכבת על פני מספר צ'ק צ'אטים בארכיטקטורה שווה חלקית.זה מקטין את אזור הסיליקון ובכך הכוח סטטי, אם כי על חשבון של דרך חישוב. עבור מכשירים ניידים שבו שיא באמצעות צוץ הוא רק עבור התפרצויות קצרות, שיתוף כזה הוא חיובי הכולל.
  • (FLT:0) ו-SNR, הדרגות של שעון הסתגלות ועידוד:FLT:1 כאשר תנאי ערוצים טובים (גבוהים SNR), הפעוט יכול לסבול פחות היחלשות ודיוק רופף יותר. דינמי מוריד את המתח או התדירות כדי להתאים את עומס העבודה תלוי SNR יכול להפחית אנרגיה מעבר למה שנקודת המחשוב הקבועה מספקת לפעמים "מחשוב שלילי לבסיס" של פס.

אינטגרציה מערכתית-Level

  • (FLT:0) תוכנן עם estimation ערוץ: ibph:1 אכילה מדד אמינות (כגון יחס שגיאה מודולציה) קדימה אל הדלקוד מאפשר לקודד לפני סלק דיוק מתאים או אלגוריתם. כאשר הערוץ נקי, מינוס מהיר עם 4 סיביות קוונטיזציה הוא מספיק; כאשר רועש, הפעוט יכול ליפול חזרה למצב מדויק יותר.
  • (FLT:0) אופטימיזציה ספציפיים של סטונדארד: FIRLT:1 NR משתמש בהתאמה של שיעור שניתן לנצלו.הקוד יכול לדלג על עיבוד של ביטים מכווצים או מקצרים, אשר תמיד אפס-LLR, צמצום גודל בלוק הקוד היעיל ובכך מספר המבצעים.

מחקר מקרה: אנרגיה יעילה במצב 5G מודרני

שקול את מכשיר הדגל 5G סמארטפון מודם פועל על נושא אמצע פס (100 MHz, 64-QAM, שיעור קוד 0.8) דרישת הנתונים שיא היא 2 Gbps. בשכבה פיזית, LDPC מרתיע חשבונות עבור בערך 25-30% של אנרגיית בסיס הכוללת במהלך התקף ארוך טווח DPA - עם קיבולת הפעלה של 2 שעות ביממה, 000 של 2G2A עם 6 סיביות ומאוחר הפסקה מוקדמת, צריכת בערך 2J2xb.

(ב) [15] ויקרא י"ד): "[דרוש מקור]:2 [ב] [15] ,2 [ב] [15] ,2] ,2 [ב]

דרכים עתידיות ובעיות פתוחות

כמו 3GPP עובד לקראת 5G מתקדם ו- 6G, אתגרים חדשים יעלו. תקשורת אולטרה-סבירה נמוכה (URLLC) דורשת קודקודים הפועלים בשיעורי שגיאות בלוק נמוכים מאוד עם תקציבים נוקשים קפדניים, אשר עשוי לדחוף מעצבים לעבר אלגוריתמים מורכבים יותר רק כדי לעמוד במטרות האמינות.בינתיים, שילוב של קידוד מבוסס AI-על-ידי-עצמי-אמונה מעשית-כך יכולה להוסיף מערך חומרים עצביים משמעותיים יותר, אך ורק על מנת להוסיף חומרהחומרהחומרהחומרהחומרהחומרהחומרה יעילה יותר.

כיוון מבטיח נוסף הוא השימוש בהגדרה דינמית שבו רוחב סיביות של הודעות להסתגל במהלך הקידודים.תוצאות מוקדמות מראות כי הפחתת הדיוק בהתראות מאוחרות יותר (כאשר ללס יש גודל גדול) חוסכת 10-15% מכוח הזיכרון ללא אובדן ביצועים.

בסופו של דבר, הדלפק היעיל ביותר של LDPC למכשירים ניידים יהיה אחד כי הוא משותף על פני אלגוריתם, אדריכלות וטכנולוגיה - שילוב של דקות שכבתיות עם היסוס הסתגלות, קנה מידה מדויק וניהול כוח אגרסיבי.התעשייה נעה בהתמדה בכיוון זה, ואנחנו יכולים לצפות כימות עתידיות לקוד מתחת ל 5J /bit, המאפשרות את ריבוי המהירויות של סוללות ללא מהירויות של 6Gb.

מסקנה

יעילות האנרגיה ב- LDPC Decoding היא בעיה אופטימיזציה רב-ממדית.הבחירה של אלגוריתם - המוצר מול מינוס דקות-sum וגזרותיו - היא הבסיס, אבל ההישגים הגדולים ביותר באים משלבת סימולציות אלגוריתמיות עם טכניקות חומרה-תוכנות כגון תזמון מותאם אישית, סיום מוקדם, קושחית, התאמה מתח אדפטי, וגיעת כוח עבור יצרנים ניידים, אופטימיזציה של תפקוד סטנדרטיים, כמו תקן תכנון סטנדרטי, ללא יעילות סטנדרטי, כמו גם לחץ דם סטנדרטי, כמו גם קומפקטי, לחץ דם סטנדרטי, ללא יעילות סטנדרטי, כמו קומפקטי, לחץ דם סטנדרטי, כמו קומפקטי, תיקון סטנדרטי, כמו קומפקטי, כמו קומפקטי, כמו סוללת אבטחה סטנדרטיים סטנדרטיים, תיקון מערכת הפעלה סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, תיקון מערכת הפעלה סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, תיקון סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, תיקון מערכת הפעלה סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים, החלים, החלים, החלים, החלים, תיקון אבטחה סטנדרטיים, החלים, החלים סטנדרטיים, החלים, החלים,

(ב) [15] ויקרא י"ד): "[דרוש מקור]:2 [ב] [15] [15] [15] [15] [15] [15]