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한국통신학회논문지

Improved Successive Cancellation Flip Decoding of Polar Codes Based on Bit Interleaver

Haseong Kim, Hyunjee Lee, Hosung Park

Published Jan 31, 2019• 0 citations
Publisher

Abstract

본 논문에서는 기존 연속적 제거 반전 복호보다 계산 복잡도를 감소시키기 위해서 비트 인터리버 기반 연속적 제거 반전 복호를 제안한다. 또한, 반전될 비트를 선택하는데 밀도 진화 확률을 사용한다. 높은 Eb/N0에 대하여, 제안하는 복호는 기존 복호와 유사한 오류 정정 성능을 가지면서, 오류가 발생한 프레임에 대해서 기존 복호보다 최소 35% 감소한 계산 복잡도를 가진다.

DOI
10.7840/kics.2019.44.1.57

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본 논문에서는 기존 연속적 제거 반전 복호보다 계산 복잡도를 감소시키기 위해서 비트 인터리버 기반 연속적 제거 반전 복호를 제안한다. 또한, 반전될 비트를 선택하는데 밀도 진화 확률을 사용한다. 높은 Eb/N0에 대하여, 제안하는 복호는 기존 복호와 유사한 오류 정정 성능을 가지면서, 오류가 발생한 프레임에 대해서 기존 복호보다 최소 35% 감소한 계산 복잡도를 가진다.
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조기 종료 신뢰 전파 (early stopping belief propagation, ESBP) 복호 기법 중 생성 행렬 (generator matrix, G-matrix) 기반 ESBP는 가장 적은 반복 복호 횟수로 우수한 프레임 오율 (frame error rate, FER) 성능을 달성하지만 조기 종료 판별에 요구되는 복잡도가 크다. 해당 복잡도를 낮추기 위해 서브 팩터 그래프 (sub-factor graph, SFG) 동결 기반 ESBP가 제안되었으나 FER 성능 열화가 발생하고 동결된 SFG의 길이와 위치를 저장하기 위해 많은 레지스터 (register)를 필요로 한다. 본 논문에서는 조기 종료 판별에 가장 적합한 길이를 갖는 SFG를 선별하여 정해진 순서에 따라 SFG별 G-matrix 기반 조기 종료 판별을 수행하는 낮은 복잡도의 ESBP 복호 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 조기 종료 판별 조건을 만족한 SFG 내에서는 메시지 업데이트를 생략할 수 있어 복호 복잡도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 조기 종료 판별에 필요한 계산 복잡도를 낮출 수 있으며 G-matrix 기반 ESBP와 유사한 성능을 달성할 수 있다.
극 부호(polar codes)는 광범위한 이진 입력 이산 무기억 채널(binary input discrete memoryless channel: BI-DMC)에서 채널 용량에 달성하는 것이 이론적으로 증명된 최초의 채널부호이다. 하지만 유한한 길이를 갖는 극 부호는 연속 제거 리스트(successive-cancellation list: SCL) 복호기에서 오류마루(error floor)가 발생하는 문제점이 있다. 선행 연구에 따르면 이 오류마루 현상은 극 부호에 오류 검출 코드(error detection codes) 중 하나인 CRC(Cyclic Redundancy Check) 부호를 연접했을 때 효과적으로 낮출 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 외부 부호(outer codes)를 사용하지 않고 극 부호와 RM(Reed-Muller) 부호의 생성 행렬 연관성을 이용하여 기존 극 부호보다 확장된 최소거리를 갖는 극 부호를 제안한다. 그리고 제안된 극 부호와 CRC 부호를 연접한 극 부호의 성능을 비교한다. Polar codes are the first provable error correcting code achieving the symmetric channel capacity in a wide case of binary input discrete memoryless channel(BI-DMC). However, finite length polar codes have an error floor problem with successive-cancellation list(SCL) decoder. From previous works, we can solve this problem by concatenating CRC(Cyclic Redundancy Check) codes. In this paper we propose to make polar codes having extended-minimum distance from original polar codes without outer codes using correlation with generate matrix of polar codes and that of RM(Reed-Muller) codes. And we compare performance of proposed polar codes with that of polar codes concatenating CRC codes.
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