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The Journal of the Korean Institute of Information and Communication Engineering

DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위한 효율적인 CNU 계산방식에 관한 연구

임병수, 김민혁, 정지원

Published Sep 1, 2012• 0 citations
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Abstract

본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 ‘α ’를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식 보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 “0”을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다.

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A Study on Efficient CNU Algorithm for High Speed LDPC decoding in DVB-S2

Byeong-Su Lim, Min-Hyuk Kim, Ji-Won Jung

본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 ' ${\alpha}$ '를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인 CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 "0"을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다. In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) that is critical path in LDPC decoding speed. A new SC-NMS (Self-Corrected Normalized Min-Sum) method is proposed in the paper. NMS needs only normalized scaling factor instead of LUT and compensates the overestimation of MP approximation. In addition, SC method is proposed. It gives a faster convergence toward a decoded codeword. If a message change its sign between two iterations, it is not reliable and to avoid to propagate noisy information, its module is set to 0. The performance of SC-NMS has a little degrade compare to MP by 0.1 dB, however considering computational complexity and decoding speed, SC-NMS algorithm is optimal method for CNU algorithm.

The Journal of the Korean Institute of Information and Communication Engineering•Sep 30, 2012•0 citations

비균일 양자화 방식 기반 HSS 방식의 LDPC 복호기 성능

김태훈, 권해찬, 정지원

본 논문에서는 DVB-S2에 제시된 LDPC 복호기에 대하여 구현을 하기 위한 비균일 양자화 방식을 제시하였다. 고속 복호를 구현하기 위해서는 알고리즘과 구현 측면에서 여러 가지 문제점이 있다. 알고리즘 측면에서 LDPC 부호화 방식은 큰 블록 사이즈 및 많은 반복 횟수를 요구하므로 복호 속도를 높이기 위해서는 동일한 성능을 유지하면서 반복 횟수를 줄일 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 이를 위해 체크노드를 기반으로 하여 복호화 과정을 거치는 Horizontal Shuffle Scheduling 알고리즘을 적용하여 기존의 반복횟수를 줄일 수 있는 방안을 연구하였다. 구현측면에서 복호 속도를 높이기 위해서는 여러 가지 알고리즘이 제시되지만 본 논문에서는 복호기에 입력되는 양자화 비트수를 비균일 양자화 방식을 적용하여 줄임으로써 복호속도를 개선하는 방식을 제시한다. 구현 결과 복호 속도가 약 12% 개선됨을 알 수 있다.

The Journal of the Korean Institute of Information and Communication Engineering•Sep 1, 2013•0 citations

복잡도를 줄인 LDPC 복호를 위한 새로운 Simplified Sum-Product 알고리즘

한제희, 선우명훈

본 논문은 BER 성능을 높인 LDPC 복호를 위한 새로운 SSP 알고리즘을 제안한다. 제안하는 SSP 알고리즘은 추가적인 연산 없이 곱셈 연산과 나눗셈 연산을 덧셈 연산과 뺄셈 연산으로 대체가 가능하다. 제안하는 SSP 알고리즘은 ln[tanh(x)] 함수와 tanh-1[exp(x)] 함수를 각각의 양자화 테이블을 사용하여 단순화하기 때문에 연산 복잡도를 줄일 수 있다. 시뮬레이션 결과 제안하는 SSP 알고리즘은 기존의 근사화 SP 알고리즘과 비교하여 BER 성능을 0.3 ~ 0.8 dB 향상 시킨 것을 보여준다.

한국통신학회논문지•Mar 1, 2009•0 citations

LDPC 부호의 복호를 위한 양자화 성능과 반복 횟수 통계

서영동, 공민한, 송문규

LDPC 복호기의 성능과 하드웨어 복잡도는 양자화 과정의 설계 변수인 클리핑 임계치(clipping threshold) c th 와 양자화 비트 수 q, 그리고 복호과정의 최대 반복 횟수에 의존한다. 본 논문에서는 이상적인 Min-Sum 알고리즘과 양자화된 Min-Sum 알고리즘을 비교하기 위해서 시뮬레이션을 통해 클리핑 임계치 c th 와 양자화 비트 수 q에 따른 LDPC 부호의 비트 오율 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 결과 클리핑 임계치 c th = 2.5, 양자화 비트 수 q = 6일 경우에 이상적인 Min-Sum 알고리즘에 가장 근접한 비트 오율이 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 반복 횟수의 통계적 분석을 통한 반복 횟수의 확률 밀도 함수를 이용하여 q와 반복 횟수에 따른 복호 복잡도를 계산하고, 부호어 에러율(word error rate; WER) 성능을 추정하였다. 이상의 결과는 LDPC 복호기 설계에서 부호의 성능과 복호 복잡도 사이의 절충을 위해 사용될 수 있다.

IEEE Transactions on Computers•Feb 1, 2008•0 citations

LDPC 부호의 효율적인 복호 방법에 관한 연구

김준성, 신민호, 송홍엽

본 논문에서는 LDPC 부호의 복호 알고리즘의 하나인 Normalized-BP 알고리즘의 각각의 비트에 업데이트되는 값에 대한 신뢰도에 따라 복호 알고리즘에 필요한 표준화 인수값을 달리함으로써 성능을 향상시킬 수 있는 복호 알고리즘을 제안하였다. 제안된 복호 알고리즘은 기존의 Normalized-BP 알고리즘에 비하여 복잡도를 거의 증가시키지 않으면서 LLR-BP 알고리즘의 BER 성능에 약 0.02dB 정도까지 근접하는 성능을 나타냄을 컴퓨터 모의실험을 통하여 확인하였다.

한국통신학회논문지•Sep 1, 2004•0 citations

근사화된 체크노드함수를 이용한 LDPC 부호의 반복 복호 기법

정호영, 김신령

LDPC 부호에 대한 반복 복호 알고리즘의 복잡 도를 개선하기 위해 min-sum 알고리즘과 같은 여러 가지 종류의 복호 알고리즘들이 제시되어 왔다. 이들은 체크 노드 메시지 함수를 단순화하여 복잡 도를 줄이는 것으로 복잡 도는 감소되었지만 SPA 알고리즘에 비해 성능 차이가 약 0.5[㏈]의 값을 가지며 무시할 수 없는 성능 열화로 개선이 필요하다. 본 논문에서는 체크 노드 메시지 함수를 역함수 형태로 근사 화하여 복잡 도를 줄이는 복호 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 결과 제안된 알고리즘은 min-sum 알고리즘이 가지고 있는 복잡도 개선 효과를 유지하면서도 sum-product 알고리즘의 성능과 약 0.1[㏈] 이내의 근접한 값을 보였다.

한국통신학회논문지•Dec 1, 2008•0 citations
본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 ‘α ’를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식 보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 “0”을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다.
본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 ' α{\alpha}α '를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인 CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 "0"을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다. In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) that is critical path in LDPC decoding speed. A new SC-NMS (Self-Corrected Normalized Min-Sum) method is proposed in the paper. NMS needs only normalized scaling factor instead of LUT and compensates the overestimation of MP approximation. In addition, SC method is proposed. It gives a faster convergence toward a decoded codeword. If a message change its sign between two iterations, it is not reliable and to avoid to propagate noisy information, its module is set to 0. The performance of SC-NMS has a little degrade compare to MP by 0.1 dB, however considering computational complexity and decoding speed, SC-NMS algorithm is optimal method for CNU algorithm.
본 논문에서는 DVB-S2에 제시된 LDPC 복호기에 대하여 구현을 하기 위한 비균일 양자화 방식을 제시하였다. 고속 복호를 구현하기 위해서는 알고리즘과 구현 측면에서 여러 가지 문제점이 있다. 알고리즘 측면에서 LDPC 부호화 방식은 큰 블록 사이즈 및 많은 반복 횟수를 요구하므로 복호 속도를 높이기 위해서는 동일한 성능을 유지하면서 반복 횟수를 줄일 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 이를 위해 체크노드를 기반으로 하여 복호화 과정을 거치는 Horizontal Shuffle Scheduling 알고리즘을 적용하여 기존의 반복횟수를 줄일 수 있는 방안을 연구하였다. 구현측면에서 복호 속도를 높이기 위해서는 여러 가지 알고리즘이 제시되지만 본 논문에서는 복호기에 입력되는 양자화 비트수를 비균일 양자화 방식을 적용하여 줄임으로써 복호속도를 개선하는 방식을 제시한다. 구현 결과 복호 속도가 약 12% 개선됨을 알 수 있다.
본 논문은 BER 성능을 높인 LDPC 복호를 위한 새로운 SSP 알고리즘을 제안한다. 제안하는 SSP 알고리즘은 추가적인 연산 없이 곱셈 연산과 나눗셈 연산을 덧셈 연산과 뺄셈 연산으로 대체가 가능하다. 제안하는 SSP 알고리즘은 ln[tanh(x)] 함수와 tanh-1[exp(x)] 함수를 각각의 양자화 테이블을 사용하여 단순화하기 때문에 연산 복잡도를 줄일 수 있다. 시뮬레이션 결과 제안하는 SSP 알고리즘은 기존의 근사화 SP 알고리즘과 비교하여 BER 성능을 0.3 ~ 0.8 dB 향상 시킨 것을 보여준다.
LDPC 복호기의 성능과 하드웨어 복잡도는 양자화 과정의 설계 변수인 클리핑 임계치(clipping threshold) c th 와 양자화 비트 수 q, 그리고 복호과정의 최대 반복 횟수에 의존한다. 본 논문에서는 이상적인 Min-Sum 알고리즘과 양자화된 Min-Sum 알고리즘을 비교하기 위해서 시뮬레이션을 통해 클리핑 임계치 c th 와 양자화 비트 수 q에 따른 LDPC 부호의 비트 오율 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 결과 클리핑 임계치 c th = 2.5, 양자화 비트 수 q = 6일 경우에 이상적인 Min-Sum 알고리즘에 가장 근접한 비트 오율이 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 반복 횟수의 통계적 분석을 통한 반복 횟수의 확률 밀도 함수를 이용하여 q와 반복 횟수에 따른 복호 복잡도를 계산하고, 부호어 에러율(word error rate; WER) 성능을 추정하였다. 이상의 결과는 LDPC 복호기 설계에서 부호의 성능과 복호 복잡도 사이의 절충을 위해 사용될 수 있다.
본 논문에서는 LDPC 부호의 복호 알고리즘의 하나인 Normalized-BP 알고리즘의 각각의 비트에 업데이트되는 값에 대한 신뢰도에 따라 복호 알고리즘에 필요한 표준화 인수값을 달리함으로써 성능을 향상시킬 수 있는 복호 알고리즘을 제안하였다. 제안된 복호 알고리즘은 기존의 Normalized-BP 알고리즘에 비하여 복잡도를 거의 증가시키지 않으면서 LLR-BP 알고리즘의 BER 성능에 약 0.02dB 정도까지 근접하는 성능을 나타냄을 컴퓨터 모의실험을 통하여 확인하였다.
LDPC 부호에 대한 반복 복호 알고리즘의 복잡 도를 개선하기 위해 min-sum 알고리즘과 같은 여러 가지 종류의 복호 알고리즘들이 제시되어 왔다. 이들은 체크 노드 메시지 함수를 단순화하여 복잡 도를 줄이는 것으로 복잡 도는 감소되었지만 SPA 알고리즘에 비해 성능 차이가 약 0.5[㏈]의 값을 가지며 무시할 수 없는 성능 열화로 개선이 필요하다. 본 논문에서는 체크 노드 메시지 함수를 역함수 형태로 근사 화하여 복잡 도를 줄이는 복호 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 결과 제안된 알고리즘은 min-sum 알고리즘이 가지고 있는 복잡도 개선 효과를 유지하면서도 sum-product 알고리즘의 성능과 약 0.1[㏈] 이내의 근접한 값을 보였다.