מילימטר-גליג (mmWave) תקשורת, הפועלת בטווח של 30 GHz ל-300 GHz תדר, היא טכנולוגיה בסיסית עבור 5G New Radio (NR) ומעבר לכך רוחב הפס העצום בתדרים אלה מאפשר רב-גיגהביט-עשר של טכנולוגיות נתונים, אך השכבה הפיזית חייבת להתמודד עם אתגרים חד-משמעיים: אובדן נתיב גבוה, ספיגה אטמוספירת חום ופגיעות לחסימת מבנים, אפילו ספקטרום של אבטחה מתקדמת (Credit) של מערכת אבטחה נמוכה (Creditedi-Decting) cc-plimatesecting: cc-plimate Standards 3King) cc-plimate Software) cc-plimate Software-plimate System.

קודים LDPC

קודים LDPC שייכים למשפחה של קודים חסימתיים ליניאריים, שהוצגו לראשונה על ידי רוברט גלגר ב- 1960 הדוקטורט עבודת הדוקטורט שלו.הם מוגדרים על ידי parity-check matrixFLT:0HoriFLT:1 - אחד שבו מספר 1s קטן יחסית לממדים של ממטריקס.

בניגוד לקודים בלוק קלאסי (למשל, ריד-סאלומון) או קודים מהפכתיים שנפעמו עם אלגוריתם ויטרבי, קודים LDPC מסתמכים על הפצת האמונה (הידועים גם כאלגוריתם של המוצר) על גרף גורם.הודעות מועברות בין מחסומים משתנים ובדיקת נקודות מחשב, החזרת מידע רך על כל הסתברות של סיביות.

תקן 5G NR מעסיק שני גרפן בסיס LDPC מובהק: בסיס Graph 1 (BG1) עבור בלוקים גדולים וקוד גבוה, ובסיס Graph 2 (BG2) עבור בלוקים קטנים יותר ושיעורי קוד נמוכים.כל גרף בסיס הוא אז הרים (התרחב) כדי לתמוך בטווח של מחסומים ושיעורי קוד.זה מספק את הגמישות הנדרשת עבור mmWaveave שבו הערוצים המיידיים-S יכול להיות דום במהירות, כלומר לחסום את היחס (R) או במהירות, לאחר מכן, אם הוא שונה, כלומר, חום, או נמוך יותר, עקב דימום מהיר, חום (R) כדי לחסום במהירות, חום, חום (R).

מדוע קודים LDPC הם חיוניים עבור מערכות מילימטר-ואב

קישורים גלי מיקרומטר עומדים בפני קבוצה ייחודית של ליקויים הדורשים די חזק.ללא קידוד חזק, שיעור הנתונים הגבוה שהובטח על ידי רוחב פס של מ"מ ואב יהיה בלתי ניתן להשגה בפריסה של העולם האמיתי.

הקטנת אובדן הנתיב הגבוה וחסימה

קשקשים של נתיב חופשי אובדן חלל עם כיכר התדר; ב 60 GHz זה בערך 28 dB גבוה יותר מאשר 2.4 GHz. Beamforming עם אנטנה בשלבי רנטגן וטכניקות מרובות-input רב- ⁇ (MI) לעזור לסגור את שולי הקישור, אבל חיתול חיסוני חוסם פתאומי (למשל, אדם צועד מול משדר) יכול לפוגע עמוק כמה אלפי סימנים יציבים עם קודים עם קודים חזקים ללא קשר מיידי.

השגת יעילות גבוהה

יעילות ספציפית במערכות מ"מ ואב מוגבלת על ידי מגבלות חומרה (רעש, מגבר לא לינארי) ואת הצורך לפעול במודולציה מסדר גבוה (עד 64-QAM או 256-QAM ב 5G NR). קודים LDPC מציעים עקומות מפל מפלים תלולים וקומות נמוכות אפילו בשיעורי קוד גבוהים (למשל 0.9).

תמיכה ב- Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC)

מעבר לפס רחב יותר של נייד (eMBB), mmWave נחשב לאוטומציה תעשייתית ו תקשורת vehicular.URLC דורש שיעור שגיאות בלוק (Bler) של 1003FLT:0-503FLT:1 או נמוך עם latities מתחת 1 ms. LDPC קודי, במיוחד כאשר בשילוב עם סיום מוקדם ו- ARQ היברידית (HARQ), יכול לענות על מטרות אלה מחרוזת 5G לשימושים במיוחד עבור נתונים מקבילה (D) עבור נמוך עבור קודים (D) עבור LDPights.

« אתגרים ב mmWave LDPC Decoders

קביעת קודים LDPC במערכת מ"מ ואב היא רחוקה מלהיות טריוויאלי. מהנדסים חייבים לאזן ביצועים תיקון שגיאות עם דרךput, עצלות, צריכת חשמל ואזור הסיליקון.

המונחים: growth

בעוד LDPC decoding מקבל יותר תשומת לב, ⁇ יכול גם להיות צוואר בקבוק.המטריקס ספויילרי של ספויילרי לא נותן ישירות ממטריקס גנרטור שיטתי.עבור 5G NR LDPC, הקידוד מבוצע באמצעות הצורה התחתונה-טרינרית של ממטריקס סלקטיבי - טכניקה שמפחיתה מורכבות לזמן ליניארי עבור רוב הקודים.

ירידה בסובלנות ובשליטה

קידוד זהרטיבי מציג את השקיפות הטבועה: כל אחד מההתריעה דורש להעביר מסרים מעבר לכל הגרף הדו-פרטי.עבור קישור של 100 Mbps, כמה מיקרו-שניות של השקיפות מקובל, אבל עבור 10 Gbps mmWave backhaul, הפעוט חייב להשלים מאות של הידבקות למיקרו-II.

זיכרון וצווארי בקבוק מחוברים

אלגוריתם הקידום האמונה דורש אחסון מידע רך (יחסי הסתמכות על פיראטיות, LLRs) עבור כל משתנה ובדוק node. עבור מילת קוד של אורך 13,440 ביטים (המקסימום עבור 5G NR BG1), זה אומר מאות קילובייט של משאבים על מטריקס או על ידי מטריקס CG, גם על ידי מטריקס מאומץ, כמו גם על ידי מטריקס CIRSTG.

תנאי ערוץ Time-Varying Channel

ערוצי מ"מ וייב משתנים במהירות בשל ההיגוי והניידות של קרן קוד קבוע עשוי להיות שמרני מדי (העברה דרך ספוט) או אגרסיבי מדי (שימוש ב-Retransmissions) קידוד הסתגלות ומודולציה (ACM) הוא חיוני, אבל יישום של משפחה קוד LDPC לא תואם שיעור ללא תכנון מחדש של הפעוט כל פעם הוא מאתגר. 5GNR פותר עם בסיס זה (B1G2) ו-D חסימות מרובים, אך יש צורך להוסיף את המורכבות של קוד פתוח, אך הסרת רכיבי קוד פתוח ו-code, אך הסרת מורכבות, אך הסרת קודים מרובים, אך הסרת קוד פתוח ו-code כל פעם, אך הסרת מורכבות, אך הסרת קוד ה-code.

אסטרטגיות יישום ופרקטיקה הטובה ביותר

שילוב מוצלח של קודים LDPC לתוך מודם מ"מ דורש גישה ברמת מערכת, מבחירת אלגוריתם למיפוי חומרה.

בחירתו של אלגוריתאם

אלגוריתם המוצר המלא (SPA) מציע את הביצועים הטובים ביותר אבל יקר חישובי בשל פעולות טנחה / log-tanh. בפועל, רוב המימושים משתמשים באלגוריתם FLT:0Min-SumureFLT:1 (MSA) או שלה מלמטה / גרסאות מקוצרות שלה.MSA מחליפה את עדכון ה- Check-nocode עם ניתוח מינימלי, צמצום עלות עלות עלות עלות של כפלת של כפלת (R1) עלות (R-A) ב-ידי כפלת (R.

פלטפורמת אבטחה

בחירת הפלטפורמה של חומרה תלויה ביישום היעד: ציוד המשתמש (UE), תחנת בסיס (gNB), או קישור אחורי.

  • (FLT:0)FPGA: ⁇ FLT:1 אידיאלי עבור ייצור פרוטוטיפטציה נמוך עד בינוני כרכים. מודרני FPGAs (Xilinx RFSoC, Intel Agilex) מכיל בלוקים DSP ייעודיים וטרנסיגה מהירה גבוהה.אדריכלות מקבילה יכול להשיג 10-20 Gbps decoding באמצעות לוח. עם זאת, יעילות הכוח נמוכה יותר מאשר ASIC.
  • (FLT:0)ASIC: ⁇ FLT:1 נדרש עבור מודמים ידיים שבו כוח ואזור שולטים. a ייעודי LDPC decoder בשבעה-nm או 5-nm CMOS יכול להשיג כמה עשרות Gbps עם פחות מ -100 mW. המאמץ העיצוב הוא גבוה, אבל הביצועים-per-וואט אינו תואם.
  • (FLT:0GPU: ⁇ FLT:1) שימושי לעיבוד בסיס ב RAN בענן או בדיקות מחקר. GPUs להצטיין חישוב מקביל ויכול ליישם ניתוק רציונטיבי עם אלפי צמתים משתנים בו זמנית.

שילוב קידוד ומודולציה (ACM)

(המכונה: LDPC decoder עם אינדיקטור איכות ערוץ (CQI) estimator.GNB מודד את SNR ומקבל את ה- MCS המתאים (מודולציה ותוכנית coding) חייב ה-coder לתמוך בשינויים בקצב חלק מבלי למקם את ה- 5G NR משתמש בגרסאות של Redundancy (RVs) עבור HARQ, המחייב את ה-coder כדי לשלב מידע רך מקודשטנדר (Ftransacter) זה נקרא: רכה זה נקרא: קידוד מחדש של קוד זדוני (DERDFacter).

סימבול וביצועים Verification

לפני הקלטת או פריסה, סימולציות ארוכות-אמת הן חובה.מהנדסים משתמשים בסימולטורים ברמת הקישור (למשל, MATLAB, Simulink, או מותאמות אישית C++/CUDA) המשלבים את מודל הסימון המדויק של מ"מ ווב: אובדן נתיב, צללים, זווית של ריצוף, רעש שלב, ואפקטים לא לינאריים של PA.

המונחים: mmWave LDPC Decoders

FPGA לעומת ASIC Trade-offs

ההחלטה בין FPGA ו ASIC hings על נפח, גמישות, ו-Time-to-market. עבור פריסות מוקדמות של mmWave בגישה אלחוטית קבועה (FWA) או תאים קטנים, FPGAs מספק ביצועים מספיקים ואת היכולת לשדרג את ה- LDPC decoder לאחר פריסה באמצעות רזולוציה חלקית. עבור סמארטפונים בשוק המוני, שילוב ASIC-level הוא בלתי נמנע גישה היברידית לשימושים עבור מעבד עם בסיס קשיח.

אדריכלות יעילה באנרגיה

צריכת חשמל היא דאגה עיקרית כי מודמים מ"מ ואב משמשים לעתים קרובות במכשירים מופעלים סוללות.כמה טכניקות להפחית את אנרגיית הקודר:

  • (FLT:0) סיום מוקדם: החל מה-1) להפסיק להתנער כאשר בדיקות השוויון מסופקות או כאשר החלטות קשות מתאחדות.זה יכול לחסוך 30–50% אנרגיה בממוצע ב-SNRs בינוניים.
  • (ב) ,0) ,Clock gating and Power gating: irph:1; שעון דיסable או כוח כדי לשנות את המשתנים / לבדוק יחידות של צומת.
  • (FLT:0)Approximate מחשוב: FLT:1rea השתמש דיוק מופחת (למשל, 4bit LLRs במקום 8 סיביות) בתחילת ההסרות או עבור צמתים עם ביטחון גבוה.
  • (ב) הפחתה:0) מזכר: 1 (FLT:1) לאחסן רק את הצומת המשתנה LLRs ו- compute Check node הודעות על זבוב (תוכנית השכבה).

תאימות והתאמה

כל יישום רשתות מסחריות חייב לציית לסטנדרט הרלוונטי.עבור 5G NR, מפרט הקוד LDPC מפורט ב 3GPP TS 38.212 הקודד והקודש חייבים לתמוך בדפוסי ההרמת המדויקים והטיהור של puncing.בנוסף, הפעוט חייב לממשק עם מנהל HarQ, תואמים, והדגמה עם עדשות מבוקרות.

כיוונים עתידיים ומגמות מתפתחות

LDPC coding עבור מערכות מ"מ ואב הוא אזור מחקר פעיל, עם כמה כיוונים מבטיחים כי לעצב הדור הבא אלחוטי (6G).

למידה ממוחשבת עבור LDPC Decoding

טכניקות למידה עמוקות מוחלות על שיפור LDPC decoding.לדוגמה, דנים מבוססי רשת עצבית יכולים לשפר את הדיוק של עדכוני LLR, במיוחד בנוכחות רעש בשלב או עיוות לא ליניארי. גישה אחרת משתמשת חיזוק למידה כדי להתאים באופן דינמי את מספר ההסרות או את הגורם החבט בהתבסס על תנאי ערוצים.

שיעור ה- Multi-Edge Type LDPC

כדי לתמוך בשירותים המגוונים שדמיינו ל- 6G (למשל, תקשורת הולוגרפית, שילוב של רגישות תקשורת), משפחת קוד LDPC עשויה להיות צריכה לתמוך אפילו בגרנות גבוהה יותר של שיעורים ואורך בלוקים. קודי LDPC מסוג רב-דור מאפשרים כיתות שונות של בלוטות משתנה עם תארים שונים, ומספקת ביצועים טובים יותר קרוב למגוון רחב של שיעורים זוגיים.

שילוב עם MIMO Massive ו-Hyle Beamforming

Massive MIMO (hundreds of אנטנה אלמנטים) הוא מאפשר מפתח עבור mmWave. המשקלים beamforming הם קידוד מבוסס על הערכות ערוץ, אשר לעתים קרובות שגויים בשל משוב מוגבל. קודים LDPC ניתן לייעל במשותף עם גלאי MIMO, באמצעות זיהוי ו decoding (IDD). גישה זו turbo-qualization חילופי מידע רך בין גלאי ® DREDV (D) TERDV (DV) TERDV) הוא גם עבור חומרהחומרהאפקטיבי (DVDVDVDVDVDVDVDREDIVE) TERDV (IDREDIVE) TERDREDREDIVE DREDIVE DREDER (IDV) TERDREDV) TERDER (IDIVE DREDER (IDERDIVE DREDIC DRED) TERDERDERDIVE DREDIVE DREDIVE DREDIVE DREDER DREDIVE DREDV) TERDIVE DREDIVE DREDER DREDER DREDV TER

אדריכלות: Decoder Architectures for Extreme Throughput

(הופנה מהדף 100 Gbps או יותר (למשל, עבור backhaul אלחוטי או מרכז נתונים הקישור) ידרוש ארכיטקטורות קודר המפרות את צוואר הבקבוק הקונבנציונלי.טכניקות כמו FLT:0 בעקביות שאנון או נתונים מרוכזים ב- 1+ ps) כאשר הודעות מיוצגות כזרם ברנולי, FLT2docity-Framures: 3, ו-Femcaprelimates, עם 1D) ו-Femcaprelimate ביצועים, אשר נחקרים באמצעות 1 ו-Femcaprelimates, הם LT5, עם 1 ו-GLT5 LT5 LT5 LT5 LT2Femer.

מסקנה

קודים LDPC אינם רק תכונה אופציונלית של מערכות תקשורת גלי מילימטר - הם המנוף של 3 אינץ ' המאפשר את שיעורי הנתונים הקיצוניים ואת האמינות הנדרשת על ידי 5G ועתיד 6G רשתות. על ידי הבנת היסודות המתמטיים של העצמה אמונה, את החסרונות הספציפיים של ערוצי מ"מ ו- 1Gp, ואת המציאות המעשית של יישום חומרה, מהנדסים יכולים לעצב קוד זדוניים, אשר עונה על ביצועים מחמירים, ומטרות מתקדמות של 5GF3 שנים, אך ורק כדי לשמור על ידי אינטגרציה מתקדמת.