I. Tổng quan về Polar Code và ứng dụng trong 5G
Polar Code là một loại mã được giới thiệu bởi Arıkan vào năm 2008, mang lại bước đột phá lý thuyết trong việc đạt được công suất của các kênh đối xứng. Mã Polar dựa trên khái niệm phân cực kênh, trong đó sự kết hợp và phân chia các kênh dẫn đến việc biến đổi một tập hợp các kênh nhị phân giống hệt thành một nhóm các kênh phân cực. Một số kênh trở thành không nhiễu, trong khi những kênh khác trở thành nhiễu. Điều này cho phép tối ưu hóa hiệu suất kênh thông qua các kỹ thuật phân cực kênh. Mã Polar đã được áp dụng trong tiêu chuẩn 5G, nhờ vào khả năng sửa lỗi xuất sắc và độ phức tạp giải mã thấp. Việc sử dụng mã Polar trong 5G là minh chứng cho hiệu suất vượt trội của nó, đặc biệt trong bối cảnh yêu cầu khắt khe về độ trễ và độ tin cậy trong truyền thông không dây.
II. Thiết kế phần cứng bộ giải mã Polar Code trên FPGA
Thiết kế phần cứng cho bộ giải mã Polar Code trên FPGA tập trung vào việc cải thiện kiến trúc Semi-parallel Successive Cancellation (SC) decoder. Việc tối ưu hóa này nhằm giảm chu kỳ độ trễ và cải thiện tần số tối đa (fmax) của bộ giải mã. Cụ thể, bộ giải mã SC có thể được tối ưu hóa bằng cách giải mã các từ mã song song, từ đó giảm thiểu độ trễ xuống N/2 chu kỳ. Việc cải thiện fmax được thực hiện thông qua việc phân tích và giảm thiểu đường dẫn trễ quan trọng nhất trong kiến trúc. Kết quả cho thấy bộ giải mã FPGA có thể đạt được thông lượng cao hơn 50% so với bộ giải mã SC bán song song mà không làm tăng đáng kể tài nguyên phần cứng.
2.1. Kiến trúc bộ giải mã SC bán song song
Kiến trúc bộ giải mã SC bán song song được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên FPGA. Kiến trúc này cho phép thực hiện nhiều phép giải mã đồng thời, từ đó tăng cường thông lượng và giảm độ trễ. Tuy nhiên, độ trễ của kiến trúc này vẫn bị giới hạn bởi số chu kỳ cần thiết để hoàn thành quá trình giải mã. Việc cải thiện kiến trúc này là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của hệ thống 5G, nơi mà độ trễ tối đa chỉ 1ms là yêu cầu bắt buộc.
2.2. Đánh giá hiệu suất của bộ giải mã trên FPGA
Đánh giá hiệu suất của bộ giải mã Polar Code trên FPGA được thực hiện thông qua các chỉ số như mức sử dụng tài nguyên, tần số tối đa (fmax), độ trễ và thông lượng. Kết quả cho thấy bộ giải mã có thể đạt được tần số tối đa trên 200MHz và thông lượng vượt quá 130 Mbps. Những cải tiến này không chỉ giúp giảm độ trễ mà còn nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền thông không dây, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của công nghệ 5G.
III. Kết luận và hướng phát triển trong tương lai
Luận văn này đã chứng minh tính khả thi của việc thiết kế phần cứng bộ giải mã Polar Code cho 5G trên FPGA. Những cải tiến trong kiến trúc bộ giải mã SC bán song song đã cho thấy khả năng giảm độ trễ và tăng cường thông lượng mà không làm tăng đáng kể tài nguyên phần cứng. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa hơn nữa các thuật toán giải mã và mở rộng khả năng ứng dụng của mã Polar trong các hệ thống truyền thông không dây khác. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông hiện đại.
