Mikrochips optimieren für den 5G-Standard wichtige «polar codes»
Durch die Mobiltelefonie wird die Luft immer mehr zum wichtigsten Übertragungsweg von Daten. Doch die drahtlose Kommunikation ist fehlerbehaftet: Sie wird durch «Rauschen» beeinträchtigt. Aus diesem Grund werden Daten redundant übermittelt. In den mobilen Geräten laufen deshalb Algorithmen, welche die Redundanzen herausfiltern und die ursprünglichen Daten wiederherstellen. Beim für 2018 erwarteten 5G-Standard für Mobiltelefonie wird eine neue Generation von sogenannten polaren Korrekturalgorithmen («polar codes») verwendet, die vor weniger als zehn Jahren entwickelt wurden. Forschende der EPFL haben zur Optimierung dieser Technologie zwei Prototypen von Schaltkreisen für Computerchips konzipiert. Der erste Lausanner Schaltkreis optimiert die Leistung, der zweite den Stromverbrauch. Gemäss Andreas Burg, Leiter des Labors für Schaltungstechnik in der Telekommunikation der EPFL und Verantwortlicher für diese Arbeiten, sind diese Kriterien entscheidend. Dank den polaren Algorithmen lässt sich die Menge an redundanter Information laufend anpassen. Damit kann der Kommunikationsfluss gesteigert werden, wenn das Signal weniger rauscht. Sie basieren auf weniger Rechenschritten und benötigen damit weniger Energie – ein vorrangiges Kriterium für die Akkulaufzeit von mobilen Geräten. «Noch rund ein Jahr vor ersten industriellen Anwendungen sind die ‹polar codes› bereits so leistungsfähig wie die gegenwärtig verwendeten Protokolle, die bereits seit mehr als 20 Jahren optimiert werden», freut sich Burg. «Ich denke aber, dass auch bei diesen Protokollen noch rund zwanzig Jahre Arbeit vor uns liegen, bis wir das volle Potenzial ausgeschöpft haben werden.» P. Giard et al.: PolarBear: A 28-nm FD-SOI ASIC for Decoding of Polar Codes. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems (2017) CC BY-NC-ND
Im neuen Handy? Chip mit zwei Schaltkreisen für den zukünftigen 5G-Standard. | Bild: TCL EPFL
Durch die Mobiltelefonie wird die Luft immer mehr zum wichtigsten Übertragungsweg von Daten. Doch die drahtlose Kommunikation ist fehlerbehaftet: Sie wird durch «Rauschen» beeinträchtigt. Aus diesem Grund werden Daten redundant übermittelt. In den mobilen Geräten laufen deshalb Algorithmen, welche die Redundanzen herausfiltern und die ursprünglichen Daten wiederherstellen. Beim für 2018 erwarteten 5G-Standard für Mobiltelefonie wird eine neue Generation von sogenannten polaren Korrekturalgorithmen («polar codes») verwendet, die vor weniger als zehn Jahren entwickelt wurden. Forschende der EPFL haben zur Optimierung dieser Technologie zwei Prototypen von Schaltkreisen für Computerchips konzipiert.
Der erste Lausanner Schaltkreis optimiert die Leistung, der zweite den Stromverbrauch. Gemäss Andreas Burg, Leiter des Labors für Schaltungstechnik in der Telekommunikation der EPFL und Verantwortlicher für diese Arbeiten, sind diese Kriterien entscheidend. Dank den polaren Algorithmen lässt sich die Menge an redundanter Information laufend anpassen. Damit kann der Kommunikationsfluss gesteigert werden, wenn das Signal weniger rauscht. Sie basieren auf weniger Rechenschritten und benötigen damit weniger Energie – ein vorrangiges Kriterium für die Akkulaufzeit von mobilen Geräten.
«Noch rund ein Jahr vor ersten industriellen Anwendungen sind die ‹polar codes› bereits so leistungsfähig wie die gegenwärtig verwendeten Protokolle, die bereits seit mehr als 20 Jahren optimiert werden», freut sich Burg. «Ich denke aber, dass auch bei diesen Protokollen noch rund zwanzig Jahre Arbeit vor uns liegen, bis wir das volle Potenzial ausgeschöpft haben werden.»
P. Giard et al.: PolarBear: A 28-nm FD-SOI ASIC for Decoding of Polar Codes. IEEE Journal on Emerging and Selected Topics in Circuits and Systems (2017)
