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#FuturetRuptures

L’ÉNERGIE DANS LA CONCEPTION DE CODES ET DÉCODEURS LDPC

15 FEVRIER 2018

Elsa Dupraz

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1. CONTEXTE DE LA 5G

1.1 Introduction à la 5G

1.2 Efficacité énergétique dans la 5G

2. CODES CORRECTEURS D’ERREURS

2.1 Introduction aux codes correcteurs d’erreurs

2.2 Efficacité énergétique

3. PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE

3.1 Objectifs et méthodologie

3.2 Résumé du projet

SOMMAIRE

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CONTEXTE DE LA 5GCHAPITRE 1

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4CHAPITRE 1 : CONTEXTE DE LA 5G1.1 Vers un nouveau standard de communications mobiles

►Première « release » de la 5G prévue pour 2020 (JO de Tokyo), mise en place progressive jusqu’à 2025

►4G : Communications mobiles grand public, Vidéo en streaming, Applications mobiles

►5G : Usine du futur, Voiture autonome, Santé, Divertissement, etc

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5CHAPITRE 1 : CONTEXTE DE LA 5G1.1 Vers un nouveau standard de communications mobiles

►Objectifs : forte augmentation des débits, très grande fiabilité du réseau, augmentation de l’efficacité énergétique

►Comparaison de performances :

Critère 4G 5G

Débit aperçu par utilisateur (Mbs/s)

10 100

Efficacité spectrale 1x 3x

Latence (ms) 10 1

Nombre d’objets connectés (qtt d’objets/km2)

105 106

Efficacité énergétique du réseau

1x 100x

Rapport ARCEP, « les enjeux de la 5G », mars 2017

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6CHAPITRE 1 : CONTEXTE DE LA 5G1.1 Variété d’applications

►Point fondamental dans la 5G : être capable de gérer les contraintes propres à chaque application (quantité de données, latence, fiabilité, sécurité, etc.)

https://5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2016/02/BROCHURE_5PPP_BAT2_PL.pdf

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7CHAPITRE 1 : CONTEXTE DE LA 5G1.2 Efficacité énergétique dans la 5G

►Deux critères essentiels dans le processus de standardisation 5G :● Augmentation significative du nombre d'utilisateurs, de terminaux, etc.● Diminution de la consommation d'énergie globale des systèmes de com.

►Objectifs : ● Réduire de manière drastique la consommation d'énergie de chaque appareil ● Adapter la consommation d'énergie en fonction de l'application

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CODES CORRECTEURS D’ERREURS

CHAPITRE 2

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9CHAPITRE 2 : CODES CORRECTEURS D’ERREURS2.1 Introduction aux codes correcteurs d’erreurs

►Les canaux de communication introduisent des erreurs dans la transmission de l'information

► Nécessite de protéger l'information avec des codes correcteurs d'erreurs (LDPC, Turbo, Polaires, etc.)

►Nous nous concentrons sur les codes LDPC, qui ont été retenus dans le processus de standardisation 5G

Emetteur

0

1

1

0

0

0

1

0

Recepteur

Canal

E DCanal de Communication

0 1 1 0

0 0 1 0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 0 1 0 1

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10CHAPITRE 2 : CODES CORRECTEURS D’ERREURS2.2 Efficacité énergétique des codes correcteurs d’erreurs

►Les codes correcteurs d'erreurs sont responsables d'environ 1/3 de la consommation d'énergie du système de communication des Femtocells [D3.2 projet Earth, 2012] :

► Le projet EF-FECtive vise une réduction d'un facteur 10 de cette conso. d'énergie● En combinant des connaissances en théorie des codes LDPC et en

implémentation hardware● En proposant une méthodologie de la conception de codes LDPC à partir de

contraintes d'énergie

30%

34%

36%

Emetteur/Récepteur radio

Codes correcteurs Autres opérations d'erreurs de calcul

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PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE

CHAPITRE 3

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12CHAPITRE 3 : PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE3.1 Objectifs et méthodologie

►Réduction de la consommation d'énergie des circuits :● En réduisant la tension d'alimentation● Problème : risque d'introduire des fautes dans les circuits

►Décodeurs LDPC● Des travaux récents [Dupraz2015], [Leduc-Primeau2016], ont montré qu'il était

possible de construire des décodeurs LDPC robustes aux fautes● Il est possible de paramétrer les décodeurs LDPC pour jouer sur leur

consommation d’énergie

t

V

Vdd

seuilvaleur logique 1

t d

valeur logique 0 bruité

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13CHAPITRE 3 : PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE3.1 Objectifs et méthodologie

►Approche :● Tension d'alimentation près du seuil + tolérer les fautes dans le circuit● Codes et décodeurs flexibles

►Méthodologie :● Développement d'un ASIC● Mesures d'énergie sur le circuit pour déterminer des modèles statistiques

consommation d'énergie vs fautes● Construction de codes et décodeurs flexibles avec outils de théorie du codage,

en prenant en compte ces modèles

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14CHAPITRE 3 : PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE3.1 Objectifs et méthodologie

►Approche :● Tension d'alimentation près du seuil + tolérer les fautes dans le circuit● Codes et décodeurs flexibles

WP1 : Conception ASIC

WP2 : Modèles statistique Conso. d'énergie

Implem. Hardware Théorie des codes

WP3 : Construction codes et décodeurs LDPC

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15CHAPITRE 3 : PROJET ANR JCJC EF-FECTIVE3.2 Résumé du projet

►Titre : L’énergie d’abord dans la conception de codes et décodeurs LDPC►Coordinatrice/contact : Elsa Dupraz (elsa.dupraz@imt-atlantique.fr)►Durée : 1er janvier 2018 – 31 décembre 2021 (3 ans)

►Participants :● Elsa Dupraz, Frederic Guilloud, Mohamed Yaoumi, Fangping Ye (IMT Atlantique)● François Leduc-Primeau, Mohamed Dawa (ETS Montréal)

►Site Web : http://recherche.imt-atlantique.fr/ef-fective/