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다중 블록길이와 부호율을 지원하는 IEEE 802.11n용 LDPC 복호기
나영헌,박해원,신경욱,Na, Young-Heon,Park, Hae-Won,Shin, Kyung-Wook 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.6
본 논문에서는 IEEE 802.11n 무선 랜 표준에 규정된 3가지 블록길이(648, 1296, 1944)와 4가지 부호율(1/2, 2/3, 3/4, 5/6)을 지원하는 LDPC 복호기를 최소합 알고리듬과 layered 복호방식을 적용하여 설계하였다. 검사노드 값과 패리티 검사 행렬 정보의 효율적인 저장방법을 통해 메모리 용량을 최소화하였으며, 또한 효율적인 검사노드 메모리 어드레싱 방법을 적용하여 stall 없이 메모리 읽기/쓰기가 가능하도록 하였다. 설계된 회로는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며, $0.18-{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 219,100 게이트와 45,036 비트의 메모리로 구현되었고, 50 MHz@2.5V로 동작하여 164~212 Mbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다. This paper describes a multi-mode LDPC decoder which supports three block lengths(648, 1296, 1944) and four code rates(1/2, 2/3, 3/4, 5/6) of IEEE 802.11n WLAN standard. Our LDPC decoder adopts a block-serial architecture based on min-sum algorithm and layered decoding scheme. A novel way to store check-node values and parity check matrix reduces the sizes of check-node memory and H-ROM. An efficient scheme for check-node memory addressing is used to achieve stall-free read/write operations. The designed LDPC decoder is verified by FPGA implementation, and synthesized with a $0.18-{\mu}m$ CMOS cell library. It has 219,100 gates and 45,036 bits RAM, and the estimated throughput is about 164~212 Mbps at 50 MHz@2.5v.
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IEEE 802.11n용 다중모드 layered LDPC 복호기
나영헌(Young-Heon Na),신경욱(Kyung-Wook Shin) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.48 No.11
본 논문에서는 IEEE 802.11n 무선 랜 표준의 3가지 블록길이(648 1296 1944)와 4가지 부호율(1/2 2/3 3/4 5/6)을 지원하는 다중모드 LDPC 복호기를 설계하였다. 하드웨어 복잡도를 고려하여 layered 복호방식의 블록-시리얼(부분병렬) 구조로 설계되었으며 최소합 알고리듬의 특징을 이용한 검사노드 메모리 최소화 방법을 고안하여 적용함으로써 기존방법에 비해 검사노드 메모리 용량을 47% 감소시켰다. Matlab 모델링과 시뮬레이션을 통해 고정소수점 비트 폭이 LDPC 복호기의 복호성능에 미치는 영향을 분석하고 이를 통해 최적의 하드웨어 설계조건을 도출하여 반영하였다. 설계된 회로는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며 0.18-㎛ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 약 219,100 게이트와 45,036 비트의 메모리로 구현되었고 50 MHz@2.5V로 동작하여 164~212 Mbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다. This paper describes a multi-mode LDPC decoder which supports three block lengths(648 1296 1944) and four code rates(1/2 2/3 3/4 5/6) of IEEE 802.11n wireless LAN standard. To minimize hardware complexity it adopts a block-serial (partially parallel) architecture based on the layered decoding scheme. A novel memory reduction technique devised using the min-sum decoding algorithm reduces the size of check-node memory by 47% as compared to conventional method. From fixed-point modeling and Matlab simulations for various bit-widths decoding performance and optimal hardware parameters such as fixed-point bit-width are analyzed. The designed LDPC decoder is verified by FPGA implementation and synthesized with a 0.18-㎛ CMOS cell library. It has 219,100 gates and 45,036 bits RAM and the estimated throughput is about 164~212 Mbps at 50 MHz@2.5v.
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IEEE 802.11n 무선랜 표준용 LDPC 복호기의 최적 설계조건 분석
정상혁,나영헌,신경욱,Jung, Sang-Hyeok,Na, Young-Heon,Shin, Kyung-Wook 한국정보통신학회 2010 한국정보통신학회논문지 Vol.14 No.4
IEEE 802.11n 무선 랜 표준의 채널 부호화 방법 중 하나인 LDPC(Low-Density Parity-Check) 부호는 오류정정 성능이 매우 우수하나 복호기 회로의 복잡도가 커서 복호성능과 하드웨어 복잡도 사이의 trade-off 관계를 고려한 설계가 중요하다. 본 논문에서는 최소합 알고리듬(Min-Sum Algorithm; MSA) 기반 LDPC 복호기에서 LLR(Log-Likelihood Ratio) 근사화가 복호성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 LDPC 복호기의 최적 설계조건을 도출하였다. IEEE 802.11n 무선 랜 표준의 블록길이 1,944 비트, 부호화율 1/2의 LDPC 패리티 검사 행렬과 최소합 기반의 반복복호 알고리듬을 적용하여 LLR 근사화에 따른 비트오율(BER) 성능을 분석하였다. $BER=10^{-3}$에 대해 LLR 비트 폭 (6,4)와 (7,5)의 $E_b/N_o$는 0.62 dB의 차이를 보였으며, 최대 반복복호 횟수 6과 7에 대한 $E_b/N_o$의 차이는 약 0.3 dB로 나타났다. 시뮬레이션 결과로부터, LLR 근사화 비트 폭이 (7,5)이고 반복복호 횟수가 7인 경우에 가장 우수한 비트오율 성능을 나타내었다. The LDPC(Low-Density Parity-Check) code, which is one of the channel encoding methods in IEEE 802.11n wireless LAN standard, has superior error-correcting capabilities. Since the hardware complexity of LDPC decoder is high, it is very important to take into account the trade-offs between hardware complexity and decoding performance. In this paper, the effects of LLR(Log-Likelihood Ratio) approximation on the performance of MSA(Min-Sum Algorithm)-based LDPC decoder are analyzed, and some optimal design conditions are derived. The parity check matrix with block length of 1,944 bits and code rate of 1/2 in IEEE 802.11n WLAN standard is used. In the case of $BER=10^{-3}$, the $E_b/N_o$ difference between LLR bit-widths (6,4) and (7,5) is 0.62 dB, and $E_b/N_o$ difference for iteration cycles 6 and 7 is 0.3 dB. The simulation results show that optimal BER performance can be achieved by LLR bit-width of (7,5) and iteration cycle of 7.
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IEEE 802.11n WLAN용 다중모드 LPDC 복호기의 최적 설계조건 분석
박해원,나영헌,신경욱,Park, Hae-Won,Na, Young-Heon,Shin, Kyung-Wook 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.2
IEEE 802.11n 표준에 제시된 3가지 블록길이(648, 1296, 1944)와 4가지 부호율(1/2, 2/3, 3/4, 5/6)을 지원하는 다중모드 LDPC(low density parity check) 복호기의 최적 설계조건을 분석하였다. 최소합 알고리듬과 layered 복호방식이 적용된 LDPC 복호기의 고정소수점(fixed-point) 시뮬레이션 모델을 Matlab으로 개발하였다. 고정소수점 시뮬레이션을 통해 복호기 내부 비트 폭, 정수 부분과 소수 부분의 비트 폭에 따른 복호 수렴속도를 분석하여 다중모드 LDPC 복호기의 하드웨어 구현을 위한 최적의 설계조건을 탐색하였으며, 블록길이와 부호율에 따른 복호성능을 분석하였다. This paper describes an analysis of optimal design conditions of multi-mode LDPC(low density parity check) decoder which supports three block lengths (648, 1296, 1944) and four code rates (1/2, 2/3, 3/4, 5/6) for IEEE 802.11n WLAN system. A fixed-point model of LDPC decoder, which adopts min-sum algorithm and layered decoding scheme, is implemented using Matlab. From fixed-point simulation results for various bit-width parameters such as internal bit-width, integer/fractional part bit-widths, optimal design conditions and decoding performance of LDPC decoder are analyzed.
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