Yleiskäyttöinen nopea virheenkorjaus

Bostonin yliopiston apulaisprofessori Rabia Yazicigil sekä kollegat MIT:stä ja irlantilaisesta Maynoothin yliopistosta ovat kehittäneet ensimmäisen piisirun, joka voi purkaa minkä tahansa virheenkorjaavan koodin – jopa sellaisia koodeja, joita ei vielä ole olemassa – mikä mahdollisesti johtaa nopeampiin ja tehokkaampiin 5G-verkkoihin ja yhdistettyihin laitteisiin.

"Tämä saattaa muuttaa tapaamme kommunikoida ja tallentaa informaatiota", sanoo Yazicigil.

Siirtovirheen korjauskoodi ei ole salauskoodi vaan se suojaa lähetettyä dataa sen matkan varrella ilmeneviltä satunnaisilta sähkömagneettisilta häiriöiltä. Viestintäsuunnittelijat ovat vuosikymmenten ajan kiertäneet tämän ongelman lisäämällä dataan virheenkorjauskoodia. Haittana on, että jokainen koodi on suunniteltu yhdelle useista kaupallisesti sovituista koodikirjoista ja tähän mennessä jokainen koodikirja on vaatinut erillisen sirun tai piirin.

Tehokkaana vaihtoehtona Yazicigilin kollegat ovat löytäneet algoritmin nimeltä Guessing Random Additive Noise Decoding (GRAND).

"Perinteisiin dekooderiin verrattuna Grand-dekooderi käyttää täysin erilaista lähestymistapaa, koodirakenteesta riippumatta, mikä mullistaa viestintäjärjestelmät", sanoo Yazicigil, jonka tiimi BU:ssa kehitti ensimmäisen Grand-algoritmin piiritoteutuksen.

Opiskelijoiden Arslan Riazin ja Vaibhav Bansalin kanssa Yazicigil suunnitteli onnistuneesti sirun 40 nanometrin CMOS-tekniikalla, mikä eliminoi koodikohtaisten dekooderien tarpeen ja mahdollistaa kaiken datan yleisen dekoodauksen pienellä viiveellä.

"Sen sijaan, että käyttäisimme koodikohtaisia tiivisteitä viestin dekoodaamiseen, arvaamme älykkäästi kanavan kohinan ja tarkistamme sitten, onko data palautettu oikein, jotta voimme päätellä alkuperäisen viestin", Yazicigil sanoo. "Siksi Grand on universaali dekooderi - koska kanavan kohina vaikuttaa siirrettyihin viesteihin riippumatta siitä, mitä koodikirjaa käytät."

Grand -siru "arvaa" kohinan kiertämällä nopeasti kaikki mahdolliset kohinakuviot todennäköisimmästä pienimpään. "Yleensä on nolla virhettä, joten se on todennäköisin kohinasekvenssi; sitten seuraava todennäköisin on, että yksi bitti on kääntynyt, Yazicigil sanoo. "Sitten kaksi bittiä ja niin edelleen." Grand vähentää tuloksen vastaanotetuista datasta paljastaakseen alkuperäisen viestin. Sitten tuloksen tarkistamiseksi siru vertaa sitä koodikirjaan. Siru tukee useita koodikirjoja ja voi ladata niistä kaksi kerrallaan vaihtaen saumattomasti yhdestä toiseen.

Koko prosessi kestää keskimäärin noin mikrosekunnin ja kuluttaa vain 30,6 pikojoulea energiaa dekoodattua bittiä kohden 3,75 milliwatin keskimääräisellä tehonkäytöllä 1,1 voltin käyttöjännitteestä. Tiimi osoitti, että Grand -siru pystyi purkamaan minkä tahansa kohtalaisen, jopa 128-bittsen redundanssikoodin hyvällä dekoodauksen suorituskyvyllä verrattuna mihin tahansa standardikoodikohtaiseen dekooderiin.

"Koska tämä yksi laitteisto on yhteensopiva kaikkien kehitettävien koodausjärjestelmien kanssa, se on myös tulevaisuudenkestävä", Yazicigil sanoo. Kun tiimi jatkaa Grandin ja sen sirun jalostusta he voivat tarjota mukautuvuutta erilaisiin standardeihin, erilaisiin teknologioihin, 5G:hen, 6G:hen tai mihin tahansa seuraavaksi.

Aiheesta aiemmin:

Kohina tehostaa heikkoja signaaleja