Untuk menjamin bahwa setiap perangkat dalam Internet of Things (IoT) industri dapat diandalkan untuk pertukaran data yang cepat, teknologi komunikasi ultra-andal dan latensi rendah (URLLC) dari 5G sangat penting. Untuk mengurangi latensi, biasanya hanya hingga panjang blok kode 1000 yang diperbolehkan. Memang, tingkat kesalahan blok kode (BLER) kurang dari 10⁻⁵ dan latensi kurang dari 1 ms dapat dicapai pada URLLC 5G. Fitur panjang blok kode pendek juga dibutuhkan dalam IoT satelit. Meskipun dekode kode paritas kepadatan rendah (LDPC) melalui propagasi keyakinan (BP) menunjukkan potensi untuk mencapai BLER rendah dengan panjang blok yang panjang, BLER-nya tinggi pada kode LDPC pendek karena pola yang rentan terhadap kesalahan, dengan trapping set (TS) menjadi salah satu pola yang paling signifikan. Untuk mengurangi dampak TS, yang dapat diidentifikasi secara offline, kami mengusulkan dua algoritma dekoding bernama dynamic trapping set assisted reinforced BP (DTS-RBP) dan trapping set assisted relaxation for neural-network BP (TSR-NNBP). Dibandingkan dengan pekerjaan sebelumnya, hanya dekoder yang dibantu TS yang diusulkan yang dapat memenuhi persyaratan URLLC di bawah panjang blok kode 308 pada rasio sinyal terhadap noise (SNR) 3 dB. Selain itu, pada panjang blok kode 128 untuk IoT satelit, dekoder DTS-RBP kami memberikan trade-off terbaik antara memori dan kinerja dengan jumlah iterasi yang hampir sama dengan BP.

Internet of Things Industri (IoT) adalah teknologi yang memungkinkan berbagai perangkat, seperti sensor, robot kooperatif, dan mobil otonom di industri otomotif, untuk terhubung secara instan dan berkomunikasi satu sama lain secara mulus. Komunikasi ultra-andal dan latensi rendah (URLLC) dalam 5G akan memainkan peran penting dalam IoT industri karena keandalannya yang tinggi dan latensi yang rendah. Persyaratan keandalan dan latensi dari URLLC masing-masing adalah 10⁻⁵ dan 1 ms. Untuk mencapai persyaratan ini, panjang blok kode dalam pengkodean saluran biasanya dibatasi hingga kurang dari 1000 simbol. Meskipun broadband seluler yang ditingkatkan (eMBB) dalam teknologi 5G juga dapat diterapkan pada IoT industri, persyaratan latensinya jauh lebih lama dibandingkan dengan URLLC untuk memperoleh kecepatan data yang lebih tinggi. Sebenarnya, latensi perangkat dalam ekosistem IoT industri hanya boleh lebih kecil dari 1 ms dan dapat turun hingga 10 µs.

Ketika diintegrasikan dengan 5G, komunikasi melalui konstelasi satelit orbit rendah bumi (LEO-SatCons) dapat memberikan cakupan global dengan kepadatan layanan yang tinggi. Dalam komunikasi IoT satelit, kode paritas kepadatan rendah (LDPC) pendek sangat berguna untuk meningkatkan keandalan dalam kondisi rasio sinyal terhadap noise (SNR) yang rendah, karena dapat memastikan komunikasi yang tangguh dan mengoptimalkan efisiensi spektral. Oleh karena itu, pengkodean saluran yang sangat pendek dari CCSDS, yang hanya memiliki panjang blok kode 128, sangat penting untuk keberhasilan IoT satelit.

Kode LDPC adalah pengkodean saluran yang direkomendasikan oleh proyek kemitraan generasi ke-3 (3GPP) untuk transmisi data pada kasus penggunaan 5G URLLC dan eMBB. Secara tradisional, dekoder propagasi keyakinan (BP), atau yang dikenal sebagai algoritma pengiriman pesan, dapat memiliki tingkat kesalahan blok kode (BLER) yang rendah bahkan dalam kondisi SNR rendah ketika panjang blok kode panjang. Seperti yang telah disebutkan, untuk memenuhi persyaratan keandalan dan latensi IoT industri dan satelit, kami fokus pada dekoder LDPC dengan panjang blok kode pendek, di mana panjang blok kode (dalam jumlah simbol) hanya dapat beberapa ratus. Pada panjang blok kode yang pendek seperti itu, dekoder node variabel (VND) dalam algoritma BP cenderung menunjukkan prediksi nilai bit yang salah untuk data. Telah diamati bahwa bahkan ketika SNR meningkat, pola rentan kesalahan dalam grafik Tanner dekode, seperti set penghentian dan trapping set (TS), dapat sangat merusak kemampuan koreksi kesalahan pada BP. Oleh karena itu, untuk dekoder BP dengan kode pendek, fenomena error-floor tetap ada meskipun dalam kondisi SNR tinggi.

Untuk meningkatkan dekoder BP pada kode LDPC pendek, pendekatan berbasis pembelajaran mendalam yang dikenal sebagai neural-network BP (NNBP) melakukan BP berbobot, di mana bobotnya ditemukan melalui penurunan gradien stokastik. Meskipun peningkatan BLER yang signifikan dapat ditemukan pada kode LDPC sederhana, ada hanya sedikit peningkatan dibandingkan dengan BP untuk kode LDPC 5G pada regime target URLLC. Jalur penelitian lain fokus pada perubahan grafik Tanner dekode setelah BP gagal, seperti collaborative BP. Dalam karya sebelumnya, kami lebih lanjut meningkatkan collaborative BP dengan menerapkan penguatan log-likelihood ratio (LLR) secara hati-hati berdasarkan set penghentian, yang merupakan pola rentan kesalahan yang terkenal untuk dekoder BP. Perlu dicatat bahwa mirip dengan ide penguatan LLR dalam karya sebelumnya, relaxation-assisted neural-network BP (R-NNBP) dapat meningkatkan NNBP dengan memanfaatkan LLR dari iterasi sebelumnya dengan tepat.

Penelitian terbaru pada kode LDPC pendek fokus pada pengurangan kompleksitas dekoding dengan mengorbankan keandalan. Meskipun ada upaya untuk meningkatkan keandalan, kode LDPC yang dipertimbangkan dalam penelitian tersebut dan keandalannya tidak memenuhi standar 5G URLLC. Selain itu, konsumsi energi memainkan peran penting dalam aplikasi IoT, dan karena latensi untuk kode LDPC pendek sangat rendah, penghematan energi dapat langsung dilihat dari peningkatan SNR.

Set penghentian yang ditargetkan dalam penelitian sebelumnya adalah pola rentan kesalahan untuk dekoder BP pada saluran penghapusan biner. Namun, untuk saluran Gaussian, TS mungkin lebih kuat daripada set penghentian. Set penghentian diketahui dapat termasuk dalam keluarga TS, sehingga dalam makalah ini, kami fokus untuk mengurangi dampak TS. Dengan pertama-tama mengidentifikasi beberapa TS secara offline, kami mengusulkan dua algoritma dekoding yang disebut dynamic trapping set assisted reinforced BP (DTS-RBP) dan trapping set assisted relaxation for neural-network BP (TSR-NNBP). Dibandingkan dengan karya sebelumnya, hanya dekoder yang dibantu TS yang diusulkan yang dapat memenuhi persyaratan URLLC pada panjang blok kode 308 dengan SNR 3 dB. Selain itu, pada panjang blok kode 128 untuk IoT satelit, dekoder DTS-RBP kami memberikan trade-off terbaik antara memori dan kinerja dengan jumlah iterasi yang hampir sama dengan BP.

Penulis: Ir. Asif Ali Zamzami, Ph.D, Teknologi Maju dan Multidisiplin

Link jurnal  : https://ieeexplore.ieee.org/document/10798570