Millimeter- dalgası (mmWave) iletişim, 30 GHz frekans aralığında faaliyet gösteren, 5G Yeni Radyo (NR) ve ötesindeki temel teknolojidir.Bu frekanslarda çok-gigabit-per-ikinci veri oranlarının beklenenden emin olmak için, ileri görüşlü olmayan LD (FEC) için yüksek yol kaybı, atmosferik absorpsiyon ve güvenlik önlemleri uygulamak için temelsel bir yöntemdir.

LDPC Kodlarını Anlamak

LDPC kodları lineer blok kodlarının ailesine ait, ilk olarak Robert Gallager tarafından 1960'te doktora tezleri ile tanıştırılır.Onlar bir kanaldaki Shannon kontrol matrisine yaklaşabilecek çok sayıda algoritma tarafından tanımlanır.

Klasik blok kodlarının aksine (örneğin, Reed-Solomon) veya her bir bit olasılık hakkında yumuşak bilgi sahibi olan (tipik olarak 5 ila 50) bir faktör olarak bilinen bir faktördür.

5G NR standardı, iki ayrı LDPC taban grafiğini kullanır: Base Graph 1 (BG1) büyük ulaşım blokları ve yüksek kod oranları için ve Base Graph 2 (BG2) daha küçük bloklar ve düşük kod oranları nedeniyle değişebilir.Her bir temel grafik daha sonra bir dizi blok uzunluğu ve kod oranını desteklemek için kaldırılır.

LDPC kodları Millimeter-Wave Systems için Temeldir

Millimeter- dalga bağlantıları, olağanüstü güçlü FEC talep eden eşsiz bir bozulma ile karşı karşıya kalır. Güçlü kodlama olmadan, mmWave bantlarından söz edilen yüksek veri oranları gerçek dünya dağıtımlarında ulaşılamaz olacaktır.

Yüksek Pat kaybı ve Blokajını Mitigating High Path Kaybı and Blockage

Ücretsiz uzay yolu kaybı frekansın karesi ile ölçeklenir; 60 GHz'de bir kişi 2.4 GHz'den daha yüksek.Çalışan-array antenleri ve multi-input multi- ⁇ (MIMO) teknikleri bağlantı bütçesini kapatabilir, ancak geçici bir fading ve aniden blokaj (örneğin, bir vericinin önünde yürürken) derin bir kaç bin sembolün kalıcı olarak birkaç bin sembolün düşmesine neden olabilir.

Yüksek Spetral Verimliliği Achieving High Spectral Verimliliği

mmWave sistemlerindeki spektral verimlilik, donanım kısıtlamaları (faz gürültü, doğrusal olmayan yükselteçler) ile sınırlıdır ve operatörler yüksek sipariş modunda çalışabilmeleri ve kanal kapasitesine yakın kodlama, PHP kodun üzerinden en yüksek kodlarda bile yüksek kodlarda (örneğin, 0,9).

Ultra-Reliable Low-Latency Communications (URLLC) Destek

Geliştirilmiş mobil genişban (eMBB), mmWave endüstriyel otomasyon ve ve özellikle de karma ARQ (HARQ) ile bir araya geldiğinde, 10 )-5[DD][/PUSCH) için özellikle de düşük gecikme ve karma ARQ ile birlikte uygulanan düşük dekodingler nedeniyle kullanılır.

mmWave LDPC Decoders'da Uygulama Meydanları

LDPC kodlarını pratik bir mmWave sisteminde kullanmak, önemsiz. Mühendislerin hata düzeltme performansıyla, geçncy, güç tüketimi ve silikon alanı ile dengelemesi gerekir.

Encoding Kompleksi

LDPC daha fazla dikkat alırken, encoding aynı zamanda bir şişenck olabilir. sparse parity-check matrix doğrudan sistemli bir jeneratör matrisi vermez. 5G NRPC için, encoding, daha düşük kontrol matrisi kullanılarak yapılır - çoğu kod için lineer zaman azaltır bir teknik.

Latency ve Throughput

Bueratif decoding doğal latency getiriyor: Her iterasyon mikrosaniyedeki tüm bipartite grafiğin tamamında mesajları geçmek gerektirir. 100 Mbps bağlantı için, geç kalmış bir kaç mikrosaniye için kabul edilebilir, ancak 10 Gbps mmWave için geri yükleme, geri yükleme ve hafıza erişimi için, ancak bu sensörlerin tamamen paralel veya kısmen paralel olarak yüksek saat hızlarla paralel olarak kullanılması gerekir.

Memory ve Interconnect Şişenecks

İnanç yayılım algoritması yumuşak bilgi depolamak (log benzeri gelir oranları, LLRs) her değişken için ve düğümü kontrol etmek için.Uzun 13440 bitleri (en yüksek 5G NR BG1) için, bu, 5G NR tarafından kabul edilen maksimum süre boyunca, matrixin circulant permutasyon matrisi bağlantılarının rastgele doğası bir bağlantı kurmak için bir bağlantı kurmak.

Zaman-Varying Channel Koşulları

mmWave kanalları, kirişin direksiyonu ve hareketliliği nedeniyle hızla değişir. Sabit bir kod oranı çok muhafazakar olabilir (bunun üzerinden) veya çok agresif (Retransmissions) ve yükleme faktörleri ile bunu çözer, ancak decoder çok sayıda blok uzunluğu ve kodu desteklemeli, kontrole karmaşık hale getirir.

Uygulama Stratejileri ve En İyi Uygulamaları

Başarılı bir şekilde LDPC kodlarını mmWave modemine entegre etmek, bir sistem düzeyinde bir yaklaşım gerektirir, algoritma seçiminden donanım haritalarına kadar.

Decoding Algorithm

Tam toplam ürün algoritması (SPA) en iyi performans sunar, ancak minimum operasyonla birlikte kontrol edilen sürümden dolayı hesaplamalı olarak pahalıdır. Uygulamada, çoğu uygulamada, küçük bir SNR cezası (tipik olarak 0.1-0.5 dB) normalleştirilmiş MSA, ölçeklendirme faktörü ile - 0.75, SPA'nın altındaki bir katmanı azaltır.

Donanım Hızlandırma Platformları

Donanım platformu seçimi hedef uygulamaya bağlıdır: kullanıcı ekipmanları (UE), temel istasyon (gNB), veya backhaul bağlantı.

  • [FONT=0)FPGA: [DFLT:1] Prototyping ve düşük hacimli üretim için ideal. Modern FPGAs (Xilinx RFSoC, Intel Çevikx) DSP blokları ve yüksek hızlı transceivers içerir.
  • [FONT:0)ASIC: [Dönetici: 0,3 / 4nm CMOS, 100 mW'nin altında birkaç Gbps'ye ulaşabildi. Tasarım çabası yüksek, ancak performans seviyesi-per-watt olmayandır.
  • [FONT:0)GPU:[Dönetici: 0: 1 ) Bulut RAN veya araştırma testlerinde temel bant işleme için kullanışlıdır. GPUs paralel hesaplamada öne çıkar ve aynı anda binlerce değişken düğüm ile iteratif dekoding uygulayabilir. ancak geç saatler ve güç tüketimi genellikle gerçek zamanlı mobil terminaller için çok yüksektir.

Adaptasyon ve Modulation (ACM) Entegrasyon

LDPC decoder'i kanal kalitesi göstergesi (CQI) estimatörü ile etkili bir uygulama çiftleri alır ve alınan SPS'yi (modülasyon ve kodlama planı) seçer.The decoder must support blank rate changes without remark. 5G NR uses redcy versions (RVs) forQ, require the decoder to together soft information from retransmissions - this is known asurFLT:0)

Simülasyon ve Performans Doğrulama

Test öncesi veya dağıtım, kapsamlı bit doğru simülasyonlar zorunludur. Mühendisler bağlantı düzeyindeki simülatörler kullanıyor (örneğin, MATLAB, Simulink veya özel C++ /CUDA modelleri) tam mmWave kanalı modelini içeren: yol kaybı, gölgeleme, açısal gürültü ve doğrusal olmayan PA etkileri.

mmWave LDPC Decoders için Donanımı

FPGA vs. ASIC Trade-offs

FPGA ve ASIC arasındaki karar, kısmi yeniden yapılandırma ile dağıtımdan sonra PC'yi yükseltmeye ve zaman pazarlamaya bağlıdır.For early mmWave deployments in sabit kablosuz erişim (FWA) veya küçük hücreler için FPGA'lar yeterli performans ve sabit bir yeniden yapılandırma ile PC LD decoder yükseltme yeteneği sağlar.

Enerji-Efficient Architectures

Güç tüketimi birincil bir endişedir çünkü mmWave modemler genellikle batarya destekli cihazlarda kullanılır. Çeşitli teknikler dekoder enerji azaltır:

  • [FONT:0]Early end:[Dönemli:[Dönetici: 0) Para biriminin ne zaman memnun olduğunu veya ardışık sert kararların bir araya geldiğinde, bu ortalama olarak 30-50 enerji tasarrufu sağlayabilir.
  • [FONT:0)Clock gating and power gating:) Değişken / kontrol birimlerini boş bir saat veya güç.
  • [FONT=0)Approximate Computing:[Dönetici:[D) Kullanımı, yüksek güvenliğe sahip düğümlere veya düğümlere karşı, yüksek güvene sahip olan 4bit LLRs.
  • [FONT:0)Memory azaltımı:[Dönetici:[Dönetici:0) Mağaza sadece uçuşta bulunan değişken düğümü değil (katlı program) kontrol eder.

Standart Uyum ve Interoperability

Ticari ağların hedef alınması gereken herhangi bir uygulama, ilgili standarta uymalıdır. 5G NR için, LDPC kodu spesifikasyonu 3GPP TS 38.212.The encoder and decoder must support the correctQ manager, rate matcher, and demodulator with control latency. Designs that goal IEEE 802.11ad/ay (WiGig) farklı bir LDPC kodu yapısı (bir çift LDPC) kullanmak gerekir. ek olarak, decoder, farklı temel modem ile birden fazla standart destekleyebilir.

Future Yol ve Gelişen Trendler

mmWave sistemleri için LDPC kodlaması aktif bir araştırma alanıdır, önümüzdeki nesil kablosuz (6G) şekillendirecek birkaç umut verici yol ile.

LDPC Decoding için Makine Öğrenme

Derin öğrenme teknikleri, LDPC'nin kanal koşullarına dayanan konsolideleri geliştirmek için uygulanır. Örneğin, sinir ağ tabanlı dekolmanları LLR güncellemelerin doğruluğunu artırabilir, özellikle de faz gürültü veya doğrusal olmayan bozulmalar açısından. Başka bir yaklaşım, kanal koşullarına dayanan konsolidasyon sayısını dinamik olarak ayarlar.

Hızlanabilir ve Multi-Edge Type LDPC

6G için en çok izlenen çeşitli hizmetleri desteklemek için (örneğin, holografik iletişim, algılama-iletişim entegrasyonu), LDPC kodu ailesi, düşük ücretli granulariteyi ve blok uzunluklarını desteklemeli. Multi-edge type LDPC kodları farklı derecelerle farklı ölçeklere izin verir, geniş bir oran aralığına yakın kapasiteye sahip daha iyi performans sağlar.

Massive MIMO ve Hybrid Beamform ile entegrasyon

Massive MIMO ( Anten elementlerinin yüzleri) mmWave için anahtar bir olasılıktır.Demokülasyon ağırlıkları, kanal tahminlerine göre hesaplanır, bu genellikle sınırlı geri bildirim nedeniyle hatalıdır. LDPC kodları, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve otomatik olarak optimize edilebilir.

Roman Decoder Architectures for Extreme Throughput

Future mmWave 100 Gbps veya daha fazla (örneğin, kablosuz backhaul veya veri merkezi bağlantı) geleneksel iterasyon şişesini kıran mimarileri gerektirecektir.Dönemli bilgi[tr|Döneticisel decoding)[değiştir | kaynağı değiştirilen mesajlar Bernoulli akışlar olarak temsil edilir, Shannon Gbps)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

LDPC kodları sadece milimetre- dalga iletişim sistemlerinin bir seçenek değildir - sıkı performans, güç ve alan hedefleri ile ilgili aşırı veri oranları ve güvenilirliklerini sağlayan, 5G ve gelecekteki 6G ağlarını anlamak için, mmWave kanallarının belirli bozulmalarını ve donanım uygulamalarının pratik gerçeklerini tasarlar, mühendisler LDPC decoders'ı sıkı performanslamışlardır.