한국통신학회논문지

Tabu-List Probabilistic Sequential Adaptive Threshold Gradient Descent Bit-Flipping Algorithm

Myungin Kim, Jeongseok Ha

Published May 27, 2021• 0 citations

Abstract

본 논문은 저밀도 패리티 검사 (low-density parity-check, LDPC) 부호의 비트 반전 알고리즘(bit-flipping algorithm, BFA)의 부호 오류율 (Word Error Rate, WER) 및 복호 속도 개선에 관한 연구이다. 비트 반전 알고리즘은 비트의 신뢰도를 측정하는 측도인 반전 함수 (flipping function) 값의 임계값을 초과하는 비트를 반전시켜 오류를 정정하는 방식으로 동작한다. 본 논문에서는 반전 함수의 국소 최댓값을 이용해 반전 함수의 임계값을 매 반복마다 적응적으로 설정하여 반복 복호 횟수와 임계값을 찾는데 필요한 정렬 복잡도를 감소시키고, 복호 실패의 주 원인 중 하나인 trapping set 문제를 해결하기 위해 확률적으로 비트를 반전시켜 부호 오류율을 개선하였다.

DOI: 10.7840/kics.2021.46.5.810

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Low-density parity-check (LDPC) 부호의 복호에는 성능이 좋은 합곱 알고리즘(sum-product algorithm; SPA)과 하드웨어가 간단한 비트 반전(bit-flipping; BF) 알고리즘이 많이 쓰이고 있다. 본 논문은 이들 두 가지 방법의 장점을 가지는 저복잡도 고성능 복호 알고리즘을 제안한다. 본 제안된 유연 비트 반전(soft bit-flipping) 알고리즘은 비트와 체크 노드 사이에 전달되는 메시지를 계산하는 데 단순한 비교와 덧셈 연산만을 필요로 하며 연산량이 적다는 장점이 있다. 또한 연산이 완료된 메시지의 활용률을 높이고 비균등 양자화(non-uniform quantization)를 채용하여 1000 내외의 부호 길이에서 SPA 에 0.4dB 근접하는 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 달성하였다. 본 논문에서 제안된 알고리즘을 이용하면, 행 무게(row weight)와 열 무게(column weight)가 높아서 종래의 SPA로 구현하기 어려웠던 부호를 비교적 좋은 오율 성능을 유지하면서 실용적으로 구현할 수 있다. ; A high-performance low-complexity decoding algorithm for LDPC codes is proposed in this paper, which has the advantages of both bit-flipping (BF) algorithm and sum-product algorithm (SPA). The proposed soft bit-flipping algorithm requires only simple comparison and addition operations for computing the messages between bit and check nodes, and the amount of those operations is also small. By increasing the utilization ratio of the computed messages and by adopting nonuniform quantization, the signal-to-noise ratio (SNR) gap to the SPA is reduced to 0.4dB at the frame error rate of 10-4 with only 5-bit assignment for quantization. LDPC codes with high column or row weights, which are not suitable for the SPA decoding due to the complexity, can be practically implemented without much worsening the error performance.

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