Petit Paquet Quasi Cyclique – QCSP

La publication de la version 15 du standard mobile 3GPP en juin 2018 a ouvert le chantier des nouvelles interfaces radio de la 5G pour les prochaines générations de réseaux mobiles. En particulier, les travaux sur les nouvelles interfaces radio pour la connectivité de l’Internet des Objets devraient commencer en 2020. Il est prévu de remplacer les interfaces existantes (Narrow Band-IoT et interface LTE-M) initialement spécifiées dans la version 13 pour permettre l’accroissement des services offerts par la 5G. En effet, le marché de l’internet des objets peut être segmenté en deux catégories : les applications « critiques » (sécurité du trafic, véhicule autonome, …) et les applications dites « massives » (bâtiments intelligents, logistique du transport, …). Les applications « massives » se caractérisent par une très forte densité d’appareils connectés (1 Million/km² d’après les spécifications de l’IMT-2020), leur très faible débit de communication et leurs contraintes très fortes en termes de coût et d’autonomie. Optimiser l’efficacité spectrale d’un réseau IoT est l’un des prérequis indispensables pour offrir de tels services. Au niveau de la liaison physique, il est possible de bénéficier des avantages offerts par des codes correcteurs d’erreurs efficaces, tel les codes non-binaires. Au niveau système, seule la réduction très significative des surcoûts de transmission de “méta-données ” (signalisation, synchronisation, authentification) permettra le déploiement des réseaux pour l’Internet des Objets. Cette réduction ne peut se faire qu’en regroupant toutes ces fonctions dans une seule et même trame bien protégée par un code correcteur d’erreur puissant. La première vague des standards d’Internet des Objets est très loin de réaliser cet objectif : ils utilisent soit la répétition de codes correcteurs (codes convolutifs ou turbocodes) pour le GSM ou le Narrow Band-IoT et le LTE-M), soit un simple code de Hamming (LoRa), ou simplement pas de code du tout (SigFox).
L’objectif du projet QSCP est de contribuer à l’évolution des standards pour les réseaux IoT en définissant, implémentant et testant une nouvelle modulation codée dédiée à l’Internet des Objets. Le pari de ce projet est de promouvoir l’émergence des codes non binaires combinés à une modulation dite « Cyclic Code Shift Keying (CCSK) ». Ce nouveau schéma de modulation, appelé CCSK-NB-Code, peut facilement être implémenté au niveau de l’appareil d’émission. Cette modulation offre de nombreux avantages comparée à l’état de l’art : elle permet l’auto-synchronisation, l’auto-identification et ainsi qu’une réception à rapport signal sur bruit largement en dessous de 0 dB. L’ambition pour les partenaires industriels de ce projet est de contribuer au processus de normalisation 3GPP et de proposer des solutions basées sur les résultats du projet.
Pour réaliser cette ambition, le projet est divisé en 4 objectifs principaux :

Objectif n°1 : Construire de très bons codes non binaires pour des trames de petite à moyenne taille et pour des rendements de codage faible (1/3) à très faible (1/256). Trois familles de codes non binaires seront étudiées et comparées : les turbo-codes, les codes LDPC et les codes polaires

Objectif n°2 : Définir des algorithmes de détection et de synchronisation des trames CCSK-NB-Code en considérant la trame elle-même comme une séquence de préambule grâce à la structure particulière de ces trames.

Objective n°3 : Développer deux démonstrateurs, le premier utilisant des cartes GNU Radio pour des expérimentations en temps réel, le second en intégrant de nouveaux modules CCSK-NB-Code à la plateforme de l’alliance « Open Air Interface » qui permet de simuler complètement un réseau 4G, des stations de base à l’équipement des utilisateurs.

Objectif n°4 : La dissémination des résultats du projet avec une attention particulière pour le standard 3GPP.