터보부호의 오류확률 분산값을 이용한 효율적인 반복중단 알고리즘

정대호,심병섭,임순자,김태형,김환용,Jeong Dae ho,Shim Byoung sup,Lim Soon Ja,Kim Tae hyung,Kim Hwan yong 한국통신학회 2004 韓國通信學會論文誌 Vol.29 No.10C

Turbo code, a kind of error correction coding technique, has been used in the field of digital mobile communication systems. And it is well known about the fact that turbo code has better the BER performance as the number of decoding iterations increases in the AWGN channel environment. However, as the number of decoding iterations is increased under the several channel environments, any further iteration results in very little improvement, and it requires much delay, computation and power consumption in proportion to the number of decoding iterations. In this paper, it proposes the efficient iterative decoding stop criterion algorithm which can largely reduce the average number of decoding iterations of turbo code. Through simulations, it is verifying that the proposed algorithm can efficiently stop the iterative decoding by using the variance value of error probability for the soft output value, and can largely reduce the average number of decoding iterations without BER performance degradation. As a result of simulation, the average number of decoding iterations for the proposed algorithm is reduced by about 2.25% ~14.31% and 3.79% ~14.38% respectively compared to conventional schemes, and power consumption is saved in proportion to the number of decoding iterations. 터보부호는 디지별 이동통신 시스템에서 사용되는 오류정정 부호화 기법의 일종으로써 반복복호가 진행됨에 따라서 AWGN 채널 환경에서 BER성능이 향상된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 다양한 채널 환경하에서 반복복호 횟수가 증가하면 무의미한 반복이 이루어져서 복호하는데 필요한 복호 지연시간과 계산량이 증가하게 되고 전력소모 또한 커지게 되는 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 터보부호의 평균 반복복호 횟수를 크게 감소시킬 수 있는 효율적인 반복중단 알고리즘을 제안한다. 제안된 반복중단 알고리즘은 고정된 반복 횟수 이전에 반복복호를 효율적으로 중단시킬 수 있는 기법으로써 연판정 출력값에 대한 오류확률의 분산값을 중단조건으로 이용하여 BER성능의 손실없이 평균 반복복호 첫수를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 모의실험 결과, 제안된 알고리즘의 평균 반복복호 횟수는 HDA 알고리즘과 비교하여 약 2.25%~14.31% 정도의 감소효과를 나타냈으며 CE 알고리즘과 비교하여 약 3.79%~14.38% 정도의 감소효과를 나타내었다.

터보부호의 계산량 감소를 위한 효율적인 반복중단 알고리즘

정대호,임순자,김환용,Jeong Dae-Ho,Lim Soon-Ja,Kim Hwan-Yong 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.42 No.6

터보부호는 반복복호가 진행됨에 따라서 AWGN 채널 환경에서 BER 성능이 향상된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 다양한 채널 환경하에서 반복복호 횟수가 증가하면 무의미한 반복이 이루어져서 복호하는데 필요한 복호 지연시간과 계산량이 증가하게 되는 단점을 가진다. 따라서 본 논문에서는 터보부호의 계산량과 평균 반복복호 횟수를 크게 감소시킬 수 있는 효율적인 반복중단 알고리즘을 제안한다. 제안된 반복중단 알고리즘은 고정된 반복 횟수 이전에 반복복호를 효율적으로 중단시킬 수 있는 기법으로써 터보복호기의 최종 출력값인 LLR의 분산값을 중단조건으로 이용하여 BER 성능의 손실없이 계산량과 평균 반복복호 횟수를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 모의실험 결과, 제안된 알고리즘의 계산량은 SCR 알고리즘과는 비슷하였으나 CE 알고리즘과 비교하여 약 $40\%$ 정도 줄일 수 있었다. 또한, 제안된 알고리즘의 평균 반복복호 횟수는 HDA 알고리즘이나 SCR 알고리즘과 비교하여 높은 SNR에서 각각 최대 $9.94\%$와 $8.32\%$ 정도의 감소효과를 나타냈으며 CE 알고리즘과 비교하여 약 $2.16\%{\~}7.84\%$ 정도의 감소효과를 나타내었다. It is well blown about the fact that turbo code has better the BER performance as the number of decoding iterations increases in the AWGN channel environment. However, as the number of decoding iterations is increased under the several channel environments, any further iteration results in very little improvement, and it requires much delay and computation in proportion to the number of decoding iterations. In this paper, it proposes the efficient iterative decoding stop criterion algorithm which can largely reduce the computation and the average number of decoding iterations of turbo code. Through simulations, it is verifying that the proposed algorithm can efficiently stop the iterative decoding by using the variance value of LLR and can largely reduce the computation and the average number of decoding iterations without BER performance degradation. As a result of simulation, the computation for the proposed algerian is reduced by about $40\%$ compared to conventional CE algorithm. The average number of decoding iterations for the proposed algorithm is reduced by about $9.94\%$ and $8.32\%$ compared to conventional HDA and SCR algorithm respectively, and by about $2.16\%{\~}7.84\%$ compared to conventional CE algorithm.

IEEE 802.16e 표준에 제시된 LDPC 부호의 수렴 속도 개선을 위한 복호 방법

장민호,신범규,박우명,노종선,전인산,Jang, Min-Ho,Shin, Beom-Kyu,Park, Woo-Myoung,No, Jong-Seon,Jeon, In-San 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.12C

본 논문에서는 체크 노드 분할을 이용한 변형된 반복 복호 방법 [8]을 IEEE 802.16e 표준에서 제시된 low-density parity-check(LDPC) 부호에 적용하여 복호의 수렴 속도 개선을 확인한다 또한 IEEE 802.16e에서 제시된 LDPC 부호에 가장 적합한 체크 노드 분할 방법을 제안한다. 수렴 속도 개선은 반복 횟수를 줄일 수 있다는 의미에서 계산 복잡도를 감소시킬 수 있다. 이러한 체크 노드 분할을 이용한 복호 방법은 복호기의 하드웨어 구현이 병렬 처리 방식으로 구현되기 어려운 시스템에서 효과적인 직렬 처리 방식으로 적용될 수 있다. 제시된 LDPC 부호의 변형된 반복 복호 방법은 무선 통신 시스템 환경의 실제 복호기를 구현하는데 사용될 수 있다. In this paper, the modified iterative decoding algorithm[8] by partitioning check nodes is applied to low-density parity-check(LDPC) codes in IEEE 802.16e standards, which gives us the improvement for convergence speed of decoding. Also, the new method of check node partitioning which is suitable for decoding of the LDPC codes in IEEE 802.16e system is proposed. The improvement of convergence speed in decoding reduces the number of iterations and thus the computational complexity of the decoder. The decoding method by partitioning check nodes can be applied to the LDPC codes whose decoder cannot be implemented in the fully parallel processing as an efficient sequential processing method. The modified iterative decoding method of LDPC codes using the proposed check node partitioning method can be used to implement the practical decoder in the wireless communication systems.

Iterative Frequency and Phase Compensation under Very Low SNR

Choi, Kwon-Hue,Kim, Pan-Soo,Oh, Deock-Gil,Lee, Ho-Jin 통신위성우주산업연구회 2005 Joint Conference on Satellite Communications Vol.2005 No.-

저전력 수신환경을 위한 반복복호기 기반의 주파수 및 위상 복원 알고리듬을 제시한다. 매 반복복호 과정에서 얻어진 채널 심벌의 연판정 값과 복호기 입력의 값을 비교하여 위상 및 주파수 오차를 검출하고 복호기 입력의 위상 및 주파수를 수정한다. 따라서 복호가 반복될수록 복호기 입력의 위상 및 주파수 오차가 감소하여 다음 반복 복호과정의 연판정 출력의 신뢰도를 더욱 향상시키고 이는 다시 다음 반복 단계의 위상 및 주파수 오차 검출값의 신뢰도를 향상시켜 부호 복호 와 주파수 위상 복원 모두 우수한 성능을 지니게 된다. 검출 오차의 신뢰도를 향상시키기 위하여 부호어의 모든 부호 심벌을 이용하여 부호어의 평균 주파수 오차와 위상오차를 함께 검출한다. 제안된 방식은 오차정보를 위하여 반복 복호기의 입출력 값을 이용함으로써 동기를 위한 프리앰블이나 파일럿 신호의 필요성이 없는 기본적인 장점을 지니며 반복복호가 동작하는 수신전력 영역에서 우수한 동작을 보임으로써 위성 상향링크와 같은 저전력 통신 환경에 매우 유용하게 응용될 수 있다. Frequency and phase compensation algorithm for very low SNR communication is proposed. Residual frequency and phase error in the codeword are estimated by comparing the phases between soft decision outputs of code symbols and the channel symbols at each decoding iteration. As the iteration goes on, phase and frequency errors decrease and thus, the reliability of the soft decision output at next iteration becomes even more enhanced. This enhances the reliability of frequency and phase error estimation at next iteration, again. Consequently, this synergy effect between decoding and carrier compensation effectively improves the performances of decoding and carrier compensation together. For reliable estimation, the phase error and frequency error are averaged over all the symbols in the code word and are compensated together. The proposed algorithm can be very usefully employed especially for low SNR communication as satellite communication uplink in that it does not require a preamble or pilot signal for synchronization and shows satisfactory performance under low SNR range, i.e., the nominal working range of the iterative decoding.

Quasi-Orthogonal STBC with Iterative Decoding in Bit Interleaved Coded Modulation

Chang Kyung Sung(성창경),Jihoon Kim(김지훈),Inkyu Lee(이인규) 한국통신학회 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.4A

In this paper, we present a method to improve the performance of the four transmit antenna quasi-orthogonal space-time block code (STBC) in the coded system. For the four transmit antenna case, the quasi-orthogonal STBC consists of two symbol groups which are orthogonal to each other, but intra group symbols are not. In uncoded system with the matched filter detection, constellation rotation can improve the performance. However, in coded systems, its gain is absorbed by the coding gain especially for lower rate code. We propose an iterative decoding method to improve the performance of quasi-orthogonal codes in coded systems. With conventional quasi-orthogonal STBC detection, the joint ML detection can be improved by iterative processing between the demapper and the decoder. Simulation results shows that the performance improvement is about 2㏈ at 1% frame error rate.

A Simple Efficient Stopping Criterion for Turbo Decoder

Young-Sup Kim,나성웅 한국전자통신연구원 2006 ETRI Journal Vol.28 No.6

The performance of a turbo decoder depends strongly on the number of iterations in its decoding process. It is necessary to stop the decoding process at an appropriate moment to alleviate the serious burden, in terms of both the computational speed and latency, part of which is associated with too many iterations. In this letter, we introduce a criterion for finding the opportune moment to stop the decoding process, called a hard decision aided criterion based on bit interleaved parity, which is known to have much simpler hardware logic, compared with other schemes, and does not lead to any significant performance degradation.

LLR 차의 절대 평균값을 이용한 터보부호의 새로운 반복중단 알고리즘

심병섭,이완범,정대호,임순자,김태형,김환용,Shim ByoungSup,Lee Wanbum,Jeong DaeHo,Lim SoonJa,Kim TaeHyung,Kim HwanYong 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.5

터보부호는 반복적인 복호 알고리즘을 사용함으로써 가산성 백색 가우시안 잡음(AWGN) 채널 환경에서 반복복호가 진행됨에 따라 BER 성능이 샤논 한계에 가까운 성능을 보이는 오류정정 방식으로 제안되었다. 그러나 터보부호의 복호과정에서 반복 횟수가 증가하게 되면 BER 성능은 향상되지만 다양한 채널환경에서 SNR이 증가할 때 무의미한 반복이 이루어진다. 그러므로 복호 지연이 증가하고 실시간 처리가 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해서는 적절한 반복 후 중단시킬 수 있는 새로운 알고리즘이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 복호기의 연판정 출력인 LLR 차의 절대 평균값을 이용하여 BER의 손실없이 평균 반복복호 횟수를 감소시킬 수 있는 새로운 반복중단 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘에 대한 모의실험은 MATLAB Tool을 이용하여 수행하였다. 실험 결과, 반복중단에 의한 BER 성능은 제안된 알고리즘과 기존의 알고리즘 모두 최대 반복 횟수의 경우와 거의 차이가 없었다. 하지만 평균 반복복호 횟수는 기존의 반복중단 알고리즘에 비해서 효과적으로 감소시킬 수 있었다. It is well known the fact that turbo codes has better performance as the number of iteration and the interleaver size increases in the AWGN channel environment. However, as the number of iteration and the interleaver size are increased, it is required much delay and computation for iterative decoding. Therefore, it is important to devise an efficient criterion to stop the iteration process and prevent unnecessary computations and decoding delay. In this paper, it proposes the efficient iterative decoding stop criterion using the absolute mean value of LLR difference. It is verifying that the proposal iterative decoding stop criterion can be reduced the average iterative decoding number compared to conventional schemes with a negligible degradation of the error performance.

코드북 영상을 이용한 고속 프랙탈 영상 복호기에 관한 연구

이기욱,곽노윤 한국산학기술학회 2003 한국산학기술학회논문지 Vol.4 No.4

Since Jacquine introduced the image coding algorithm using fractal theory, many fractal image compression algorithms providing good quality at low bit rate have been proposed by Fisher and Beaumount et al.. But a problem of the previous implementations is that the decoding rests on an iterative procedure whose complexity is image-dependent. This paper proposes an iterative-free fractal image decoding algorithm to reduce the decoding time. In the proposed method, under the encoder previously with the same codebook image as an initial image to be used at the decoder, the fractal coefficients are obtained through calculating the similarity between the codebook image and an input image to be encoded. As the decoding process can be completed with received fractal coefficients and predefined initial image without repeated iterations, the decoding time could be remarkably reduced. Jacquin에 의해 프랙탈 이론을 이용한 영상 부호화 기법이 소개된 이래로, Fisher와 Beaumont 등에 의하여 낮은 비트율에서도 우수한 화질을 제공하는 프랙탈 영상 압축 기법들이 다수 제안되었다. 그러나 기존에 고안된 기법들이 갖고 있는 하나의 문제점은 복호화가 반복 처리를 통해 구현되며 그 복잡도가 각각의 영상에 따라 상이하다는 것이다. 본 논문에서는 복호 시간을 단축시키기 위해 반복 변환이 필요 없는 프랙탈 영상 복호 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안된 방법은 복호기에서 사용할 초기 영상과 동일한 코드북 영상을 부호기에 보유하고 있는 상태에서 부호화 과정에서는 이 코드북 영상과 부호화하려는 영상의 유사성을 찾아 프랙탈 계수를 구한다. 이후, 복호화 과정에서는 수신된 프랙탈 계수와 기설정된 초기 영상을 이용하여 반복 변환 없이 한 번에 영상을 복호함으로써 복호 시간을 현저하게 단축시킬 수 있었다.

MISO 전송 모드에서 Iterative Demapping and Decoding을 사용하는 DVB-T2 수신기의 성능분석

백종호 ( Paik Jong-ho ),서정욱 ( Seo Jeong-wook ),강민구 ( Kang Ming-goo ),전은성 ( Jeon Eun-sung ),김동구 ( Kim Dong-ku ) 한국인터넷정보학회 2011 인터넷정보학회논문지 Vol.12 No.3

본 논문은 차세대 유럽형 디지털 지상파 시스템으로 알려진 DVB-T2 시스템의 MISO(Multi Input Single Output)전송 모드에서의 BER (Bits Error Rate) 성능을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. ETSI EN 302 755 표준에 따라 제작된 Full 시뮬레이터를 통해 실험을 수행하였으며, 수신기는 demapper가 LDPC 채널 디코더로부터 전달되는 a priori 정보를 이용하여 LLR(Log Likelihood Ratio) 값을 계산하는 IDD(Iterative Demapping and Decoder) 기술을 사용하였다. 시뮬레이션을 통해 16QAM, R=1/2(short 프레임)에서 IDD를 적용할 경우, BER=10^-4에서 2dB의 이득이 있음을 확인할 수 있었다. 또한 안테나 사이의 주파수 오프셋 영향으로 성능 열화가 발생함을 확인할 수 있었다. In this paper, the BER(Bit Error Rate) performance of a DVB-T2(Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System) in MISO(Multiple Input Single Output) transmission mode is evaluated by the computer simulation. In the DVB-T2 receiver, an IDD(Iterative Demapping and Decoder) technique is employed that exchanges extrinsic information between the demapper and the LDPC decoder. Simulation results show that the IDD-based DVB-T2 receiver in MISO transmission mode provides 2dB gain at BER of 10^-4 but suffer from the frequency offsets between transmit antennas.

Efficient SIC-MMSE MIMO detection with three iterative loops

Ahmed, Saleem,Kim, Sooyoung Elsevier 2017 International journal of electronics and communica Vol.72 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>In this paper, we propose an efficient joint iterative detection and decoding (JIDD) scheme with a soft interference cancellation minimum mean squared error (SIC-MMSE) based method for a turbo coded multiple-input multiple-output (MIMO) system. In the proposed method, we activate a loop inside the SIC-MMSE based MIMO detection process in addition to the iterative loop between the MIMO detector and turbo decoder, so that the iteration inside the SIC-MMSE detection can be performed in parallel to the iterations inside the turbo decoder. Subsequently, soft outputs from each loop is exchanged for next further iteration, and this makes three iterative loops in total. In comparison with the conventional JIDD schemes, employing additional loop inside the MIMO detection process largely contributes to enhance the performance. In addition, the additional loop speeds up the performance convergence and eventually requires smaller overall computational complexity at the same performance.</P>