Table of Contents
הבנה של Soft-Decision LDPC
קודים נמוכים-רגישות של פרסי Parity-Check (LDPC) שהוצגו במקור על ידי רוברט גלגר בשנות ה-60, הפכו לאבן הפינה של תיקון השגיאה המודרנית שלהם בביצועים הקרובים-Shannon-limit וקידוד יעיל להפוך אותם הכרחיים בתקנים כגון רדיו חדש 5G, DVB-S2X, Wi-Fi 602.11ax), ו- Satellite Communications.
קידוד רך-Decoding משתמש בהערכות דיוק רב-ביט של כל סמל שהתקבל, בדרך כלל בצורת יחסי הליהגן (LLRs) .LLR מייצג את ה- ⁇ של היחס של ההסתברות כי קצת הוא 0 להסתברות כי זה 1, בהתחשב באלגוריתם ההסתברותי הזה, עם זאת, על ידי שמירה על חוסר ודאות פרוביביליסטית, decisioncoders רך יכול להפוך את זה, אמונה-פעמית יותר מתפקודים מדויקים יותר מאשר גרף-פעמיים-פעמיים-פעמיים (D) הוא בעל השפעה גבוהה יותר מאשר תפקודים קריטי של גרף-פעמיים).
מכיוון שקודי LDPC מוגדרים על ידי אלגוריתמים של ספויילרים, לגרף המתפתל יש מחזורים קצרים רבים ורמות צומת נמוכות. אלגוריתמים של אלגוריתמים קלים מנצלים את המבנה הזה כדי להפיץ מידע אמינות באופן הדרגתי, במהירות להסכמה על החלטה סופית.ההבדל בין ביצועים קשים ורך יכול להיות דרמטי ביחס לדרגה נמוכה (S), שבו לעתים קרובות קשה לפענוח באופן מוחלט כדי להמשיך לפענוח.
חידושים אחרונים ב-Degorithms
העשור האחרון ראה חידוש משמעותי בקידוד LDPC רך.חוקרים התמקדו בצמצום המורכבות החישובית ללא הקרבת ביצועים תיקון שגיאות, התאמת אלגוריתמים לתנאי ערוץ שונים, ומינוף למידת מכונה עבור אופטימיזציה המונעת על ידי נתונים.הסעיפים הבאים מתארים את ההתפתחויות האחרונות המשפיעות ביותר.
מינוס Min-Sum Algorithm
האלגוריתם של המינוי (MSA) מעריך את העדכון של המוצר על ידי החלפת חישוב האמונה המלא עם המינימום של גודל LLR המתקרב. בעוד שהתוספת הזו מפחיתה מאוד את המורכבות, זה באופן עקבי overestimates את גודל ההודעה התפוקה, המוביל לפענוח ביצועים מלאים. אלגוריתם המינוי רגיל זה על ידי הגדלת כל ההודעות של רזולוציה על ידי תיקון קבוע של רמה אחת של שימוש קבוע (בדרך כלל) ו-ידי שימוש קבוע של 0.
מינוס Min-Sum Algorithm
בדומה ברוח ל- MSA, האלגוריתם של ה-Ustset-sum מחלחל להתפרצות מתמדת של כל הודעת פלט של Check-node. במקום דרוג, שיטה זו משנה את האמונה הרחק מהאזור הבלתי אמין. פרמטר ה- offset נבחר למזער את השגיאה המשווה בין עדכוני ה-PC המשוערים וה- Check-node האמיתי הוא יעיל במיוחד כאשר ה-Freacter-acter-acter-acter-acter מ-acter-acter-acter-D-cookies-acterance-D-D-acter-Crepertexitance-D-D-D-D-D.
המונחים: Decoding
קידוד שכבתי - הידוע גם כתזמון מחוספס או רצף - אלטר את סדר העדכונים המשתנים-נודה בתוך כל ההצתה. בלוח הזמנים של השיטפון הסטנדרטי, כל הצומתים המשתנים מעודכנים בו זמנית באמצעות הודעות מההתרחשות הקודמת.
טכניקות טיהור
ערוצי תקשורת אמיתיים אינם קבועים; תכונות רעש משתנות עקב הקידוד, ההתערבות, או וריאציות כוח. טכניקות קידוד הסתגלות להתאים את הפרמטרים הניתוק - כגון גורם הנורמליזציה, הערך ההתחלה, או אפילו ספירת ההסרה המקסימלית - בזמן אמת בהתבסס על מדדי איכות ערוץ.לדוגמה, בתחנת 5G, הפעוט יכול לעבור בין ביצועים גבוהים לתסמונת בעלת תפקוד נמוך של תאים קלים להורדת לחץ דם.
המונחים: Neural Network Based Decoders
למידת מכונות, במיוחד למידה עמוקה, פתחה גבול חדש עבור LDPC decoding. Neural מבוסס קודקודים מבוסס רשתית להחליף או להגדיל את פעולות העברת הודעות מסורתיות עם שינויים נלמדים. גישה פופולרית אחת היא "התגלה עמוקה" של אלגוריתם ה-En propagation מבוסס הרשת, אם כי כל גרף מבוסס עלות עצבית הוא מיוצגת כמו שכבת רשת עצבית עם משקל מוקרן.
אכזבות סטו
קידוד סטוצ'י הוא זיכוך של קידוד רך-Decision LDPC המייצג את ההסתברות כ- 0.1 של ביטים אקראיים.כל הודעה מוחלפת על ידי רצף ברנולי שהדחיסות שלו שווה את ההסתברות הרצויה. Check-node ו-node פעולות להפחית את שערי ההיגיון הפשוטים (למשל, XOR for Check nodes), מפשטות באופן דרמטי את יישום החומרה המודרני.
קודים אולטרה-פרדים וזוגות צוללים
במקביל לחדשנות אלגוריתמית, עיצוב קוד התפתח כדי להתאים טוב יותר קודים רכים-דה-מנטליים. קודים LDPC (SC-LDPC) הוקמו על ידי קידודים מרובים של קוד LDPC בסיס עם דפוס הפיכה מובנה.כאשר מקודמת עם אלגוריתם רך-פענוח של מערכות הפעלה מחדש, כאשר קודים SC-LDPC מגיעים קרוב ל-PTD עם אלגוריתם חדש מאוד עם אלגוריתם זה יכול להיות מכווץ עם אלגוריתם חדש יותר מאשר אלגוריתם אפשרי.
השפעה על מערכות תקשורת
ההשפעה המצטברת של חידושים אלה הייתה עמוקה, מה שהופך את היכולות התיאורטיות ואת הפריצות המעשיות של מערכות תקשורת דיגיטליות.
5G NR ומעבר
תקן רדיו חדש 5G החדש אימצה קודים LDPC עבור ערוץ הנתונים, באמצעות עיצוב בסיס גרף התומך בשני שערי קודים.הקודש רך בתוך מעבד בסיס 5G חייב לטפל אורך קוד מ 256 עד 26,144 ביטים עם מהירויות נמוכות מאוד (על סדר של 100 שניות) החידושים כגון שכבת מנטה מנפח של מינוס מינוס מינוס מינוס מינוס קיבולת מוקדם יותר, אפילו 10GT נמוכה יותר, 000 אלגוריתמים.
קישורים של Satellite and Deep-Space
תקשורת לווינית פועלת תחת מגבלות כוח ועוצמה חמורות.סטנדרט DVB-S2X משתמש בקודים LDPC בשילוב עם ניכוי קלוש להשגת יעילות משמעותית קרוב למגבלת שאנון.החידושים כמו מינומן רגיל עם קודים סטנדרטיים עם קשקשים הסתגלותיים באופן פעיל בשמירה על סגירה בין הצדדים במהלך משימות דה-קוד עמוק-מרחב, כגון שימוש באפקטים של DCC (S) אלה לעתים קרובות יכול לפעול על ידי פחת (DIS) על מנת לשמור על קידוד נתונים נמוך מאוד (RCC).
אחסון נתונים וזיכרון
כוננים חד-ארציים (SSDs) ו- NAND פלאש סובלים מרעש המושרה על ידי התערבות תאית-לתאים, תוכנית / מחזורי erase, והפסדי שימור. LDPC עם קידוד רך-העתעת הפכו למנגנון תיקון השגיאה הסטנדרטי, לעתים קרובות בשילוב עם טכניקות הפעלה קריאה-retry כי מידע רך על ידי קריאה של אותו תא בסף מתחים מרובים.
רשתות תחבורה אופטיות
מערכות תקשורת אופטיות קוהרנטיות הפועלות ב 400 Gbps ו-800 Gbps לכל אורך גל להסתמך על קודים LDPC רך כדי לפצות על ליקויים ליניאריים ולא ליניאריים. Ultra-sparse SC-LDPC עם קידוד סליידינג-window נחשבים לדור הבא של תחבורה אופטית, ומבטיח להפחית את הפער למגבלת שאנון פחות מ-0.5B.
כיוונים עתידיים
מחקר בקידוד LDPC רך ממשיך לדחוף גבולות.כמה כיוונים מתעוררים מבטיחים שיפורים נוספים בביצועים, יעילות והתאמה.
שילוב של למידה עמוקה ב-Time Decoders
למרות שקודמים מבוססי רשת עצבית דורשים כיום חישובים גדולים של נקודות צף, האבולוציה המהירה של מאיצים AI ומעבדי אותות דיגיטליים מיוחדים עושה בזמן אמת ניתוק.מערכות עתידיות עשויות לשלב מקודמת רכות קונבנציונלית עם רשת עצבית קלה המנבאת את הפרמטרים האופטימליים (גורם נורמליזציה, החל מרבי) בהתבסס על מידע המדינה.
קוונטית ופוסט-קווטן LDPC
עבור תקשורת קוונטית, קודים LDPC משמשים בזיקוקציה מסובכת ותיקון שגיאות קוונטיות. ניכוי רך-הדין של קודים LDPC קוונטי הוא מאתגר מטבעו כי המדידות הקוונטיות הרסניות ולא ניתן לחזור על עצמו. חידושים אחרונים באמינות קודים קוונטיים משלבים ייצוב יותר פורמליזם וטיפול זהיר של degeneracy.
Hardware Algorithm Co-design
קודקודים עתידיים של LDPC יועדו מלכתחילה עם לולאת משוב הדוק בין אלגוריתם ומימוש. Algorithm חידושים כמו תזמון מתפתל סטוצ'י כבר מעוצבים על ידי מגבלות חומרה.המגמה לקראת ניתוח הצטברות נמוכה מאוד ב CMOS nodes מתקדמות אשר יכול לסבול תזמון גמישות ואלגוריתם אספקה חדש הם שפותחו עם הודעות ברמה נמוכה מאוד עבור נתונים CMOS-דבנים מתקדמים, תוך שמירה על איכות נמוכה יותר, תוך שמירה על ידי דרישות סבירות נמוכה יותר.
קוד-אלגוריתאם- דיפוכיות לסביבה דינמית
מערכות תקשורת עתידיות יעמדו בפני תנאים משתנים באופן דרמטי – מקידוד עמוק בתוך הפנימי ועד ניידות מהירה גבוהה.במקום קוד קבוע אחד וקודקוד קוד, מערכות הסתגלות יבחרו באופן דינמי מהספריה של עיצובי קוד ואלגוריתמים מרתיעים. פעמוני חת חתול רך עם ייצוגים LLR ומגבלות הינע משתנה יעברו בצורה חלקה בין ביצועים גבוהים לבין מצבי כוח נמוך.
המסע מרעיונותיו המקוריים של גלגר ועד ימינו של ה-Nour-network-augmented Soft-decision decoders ממחיש את העוצמה של חדשנות מתמשכת.עם כל התקדמות אלגוריתמית – מינוס רגיל, תזמון, טכניקות הסתגלותיות ו decoding עצבי - הפער בין יכולת תיאורטית וביצועים מעשיים.