LDPC 코드와 터보 코드의 성능 상향 한계 분석

정규혁,Chung, Kyu-Hyuk 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.2A

본 논문은 특정한 LDPC 코드와 특정한 인터리버를 가진 터보 코드의 맥시멈 라이클리후드(maximum-likelihood) 디코딩 성능의 상향 한계를 보인다. 현재까지의 연구는 균등 인터리버의 가정을 하거나 또는 앙상블 코드를 사용하여 LDPC 코드와 터보 코드의 성능 상향 한계를 계산하였다. 이러한 성능 상향 한계는 모든 코드 또는 모든 인터리버에 대한 평균 성능만을 표시하게 된다. 제안된 성능 상향 한계는 단순 한계(simple bound)와 정확한 짧은 거리의 항들을 포함하는 추정된 무게 분포를 기초하고 있다. 만약 둘 중에 하나만 사용하게 되면 정확한 성능 상향 한계를 얻을 수 가 없다. We present upper bounds for the maximum-likelihood decoding performance of particular LDPC codes and turbo-like codes with particular interleavers. Previous research developed upper bounds for LDPC codes and turbo-like codes using ensemble codes or the uniformly interleaved assumption, which bound the performance averaged over all ensemble codes or all interleavers. Proposed upper bounds are based on the simple bound and estimated weight distributions including the exact several smallest distance terms because if either estimated weight distributions on their own or the exact several smallest distance terms only are used, an accurate bound can not be obtained.

LDPC Codes' Upper Bounds over the Waterfall Signal-to-Noise Ratio (SNR) Region

정규혁,Chung, Kyu-Hyuk The Korea Institute of Information and Commucation 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.11C

This paper presents LDPC codes' upper bounds over the waterfall SNR region. The previous researches have focused on the average bound or ensemble bound over the whole SNR region and showed the performance differences for the fixed block size. In this paper, the particular LDPC codes' upper bounds for various block sizes are calculated over the waterfall SNR region and are compared with BP decoding performance. For different block sizes the performance degradation of BP decoding is shown.

LDPC 부호와 RA 부호의 최소 거리 검색 알고리즘

정규혁,Chung Kyu-Hyuk 한국통신학회 2006 韓國通信學會論文誌 Vol.31 No.3A

본 논문은 반복 부분을 이용하여 단지 유효한 부호어만을 검색함으로서 RA 부호의 최소 거리를 구하기 위한 계산량을 줄인다. LDPC 부호도 RA 부호와 같이 반복 부분을 가지므로 제안된 알고리즘은 LDPC 부호의 최소거리 계산에도 적응된다. 최소 거리는 높은 신호대 잡음비에서 부호의 성능을 결정한다. 따라서 오류 마루를 추정하는 것을 가능하게 한다. 제안된 알고리즘은 부호 구조에 어떠한 제한도 두지 않고 최소 거리를 구할 수 있다. 실제적 의미가 있는 큰 길이의 인터리버를 가진 LDPC 부호와 RA 부호의 최소 거리가 본 논문에서 구해지며 이에 따른 오류 마루를 구하며 또한 이 오류 마루는 반복 복호의 성능과 비교된다. In this paper, we reduce the computational complexity to find the minimum distance of RA codes by searching only valid codewords using repetition part. Since LDPC codes have repetition part like RA codes, we also apply this algorithm for computing the minimum distance of LDPC codes. The minimum distance dominates the code performance at high signal-to-noise ratios(SNRs) and in turn allows an estimate of the error floor. The proposed algorithm computes the minimum distance without any constraint on code structures. The minimum distances of LDPC codes and RA codes with large interleavers of practical importance are computed and used to obtain the error floor, which is compared with the performance of the iterative decoding.

페이딩 채널에서 직렬 결합 CPM (SCCPM)에 대한 RS-A-SISO 알고리즘과 확률 밀도 진화 분석

정규혁,허준,Chung, Kyu-Hyuk,Heo, Jun 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.7

Iterative detection은 additive white Gaussian noise(AWGN) channel의 경우 interleaver들을 포함한 조합유한상태머신(concatenated Finite State Machine)들에 대해 근사적으로 optimal solution에 가깝다는 것이 입증되었습니다. 수신단에서 정확한 채널 상태 정보(perfect channel state information)가 얻어질 수 없는 경우 adaptive Iterative detection이 시간적으로 변하거나 또는 부정확한 채널 변수를 다루기위해 필요합니다. Iterative detection과 adaptive iterative detection대한 기본 building block은 각각 Soft-Input Soft-Output (SISO)와adaptive SISO (A-SISO)입니다. SISO와 A-SISO의 complexity은 state memory나 channel memory에 비례해서 지수적으로 증가합니다. 본 논문에서는 Reduced State SISO (RS-SISO) 알고리즘이 A-SISO의 complexity 감소를 위해 적용되어 fading ISI channel을 통한 serially concatenated CPM의 성능이 adaptive iterative detection을 이용하면 터보 코드 같은 성능을 나타내는 것과 또한 RS-A-SISO system이 큰 iterative detection gain을 가지는 것을 보였습니다. RS-A-SISO 알고리즘에 대한 다양한 design option들의 성능을 평가하였으며 성능과 complexity를 비교하였습니다. 또한 보통 AWGN 채널에서 사용되어지는 density evolution 분석기법이 주파수 선택적인 페이딩 채널에서 RS-A-SISO 시스템에서도 좋은 분석기법임을 보였습니다 Iterative detection (ID) has proven to be a near-optimal solution for concatenated Finite State Machines (FSMs) with interleavers over an additive white Gaussian noise (AWGN) channel. When perfect channel state information (CSI) is not available at the receiver, an adaptive ID (AID) scheme is required to deal with the unknown, and possibly time-varying parameters. The basic building block for ID or AID is the soft-input soft-output (SISO) or adaptive SISO (A-SISO) module. In this paper, Reduced State SISO (RS-SISO) algorithms have been applied for complexity reduction of the A-SISO module. We show that serially concatenated CPM (SCCPM) with AID has turbo-like performance over fading ISI channels and also RS-A-SISO systems have large iteration gains. Various design options for RS-A-SISO algorithms are evaluated. Recently developed density evolution technique is used to analyze RS-A-SISO algorithms. We show that density evolution technique that is usually used for AWGN systems is also a good analysis tool for RS-A-SISO systems over frequency-selective fading channels.

비간섭 비직교 다중접속 : 삼중 2PAM의 최약 채널 사용자의 BER 향상 관점에서

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.4

본 논문은 수용 가능한 강 채널 사용자들의 BER 손실로, 최약 채널 사용자의 BER 성능을 향상하기 위하여, 3명의 사용자의 비간섭 비직교 다중 접속을 제안한다. 먼저, 3명의 사용자의 비간섭 비직교 다중 접속을 설계하고, 제안된 기법의 BER의 폐쇄형 표현 식을 유도한다. 다음, 수치적 결과를 통해, 적은 강 채널 사용자들의 BER 손실로, 최약 채널 사용자의 BER 성능이 크게 향상되는 것을 입증한다. 결론적으로, 비간섭 2PAM은 5G 시스템의 비직교 다중접속에서 고려될 수도 있다. This paper proposes a 3-user non-interfering binary pulse amplitude modulation(2PAM) and non-orthogonal multiple access(NOMA) scheme, to improve the bit-error rate(BER) performance of the weakest channel user with the tolerable BER loss of the stronger channel users. First, we design the 3-user non-interfering 2PAM NOMA, and then derive the closed-form expressions for the BERs of the proposed scheme. Numerical results are also presented to demonstrate that the BER of the weakest channel user improves greatly, with the small BER losses of the stronger channel users. As a result, the non-interfering 2PAM could be considered in NOMA of 5G systems.

SUD 수신기의 획득가능한 전송률 분석 : 상관 정보원 비직교 다중 접속의 강 채널 사용자에 대한 응용

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.6

본 논문은 표준 SIC NOMA와는 대조적으로, SIC를 수행하지 않는 SUD 수신기의 최대 전송률을 고찰한다. 먼저, 강 채널 사용자에 대해 상관 정보원의 SUD NOMA에 대한 최대 전송률의 폐쇄형 표현식을 유도한다. 다음, 강 채널 사용자에 대해서는, 독립 정보원의 SIC NOMA의 최대 전송률과 비교하여, 상관 정보원의 SUD NOMA의 최대 전송률은 일반적으로 감소하는 것을 보여준다. 그러나, 아주 강한 상관 정보원에 대해서는, 독립 정보원의 SIC NOMA의 최대 전송률과 비교하여, 상관 정보원의 SUD NOMA의 최대 전송률은 아주 우수하다는 것을 입증한다. 추가로, 상관 정보원이 SUD 수신기의 최대 전송률에 미치는 영향을 고찰하기 위해, 다양한 상관 관계 계수에 대해, SUD NOMA의 최대 전송률과 SIC NOMA의 최대 전송률을 폭넓게 비교한다. This paper investigates the achievable data rate for the single-user decoding(SUD) receiver, which does not perform successive interference cancellation(SIC), in contrast to the conventional SIC non-orthogonal multiple access(NOMA) scheme. First, the closed-form expression for the achievable data rate of SUD NOMA with correlated information sources(CIS) is derived, for the stronger channel user. Then it is shown that for the stronger channel user, the achievable data rate of SUD NOMA with independent information sources(IIS) is generally inferior to that of conventional SIC NOMA with IIS. However, for especially highly CIS, we show that the achievable data rate of SUD NOMA is greatly superior to that of conventional SIC NOMA. In addition, to verify the impact of CIS on the achievable data rate of SUD, the extensive comparisons of the achievable data rates for the SUD receiver and the SIC receiver are compared for various correlation coefficients.

무손실 Non-SIC 비직교 다중 접속 구현 (II 편) : 삼중 사용자 기법 연구

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.6

최근 상관 중첩 코딩으로 SIC를 사용하지 않고 무손실 이중 사용자 비직교 다중 접속이 구현될 수 있다고 보고된 바 있다. 그러나 단지 이중 사용자 사례만 고려되었다. 따라서 본 논문은 삼중 사용자 무손실 non-SIC 비직교 다중 접속 기법을 제안한다. 이러한 제안은 삼중 사용자 상관 중첩 코딩을 통하여 달성된다. 모의실험을 통해 삼중 사용자 무손실 non-SIC 비직교 다중 접속 기법이 사용자-공평성에 해당하는 전력 할당 영역에서 구현될 수 있음을 입증한다. Recently it has been proposed that lossless 2-user non-orthogonal multiple access (NOMA) can be implemented without successive interference cancellation (SIC) via correlated superposition coding (CSC). However only the 2-user case was considered. Thus this paper proposes a lossless 3-user non-SIC NOMA scheme. This can be achieved via the 3-user CSC scheme. Simulations show that the lossless 3-user non-SIC NOMA scheme can be implemented over power allocation ranges of user-fairness.

삼중 상관 정보원에서 SIC 대한 non-SIC 비직교 다중 접속의 확장 전송률 용적에 관해

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.3

본 논문은 3명의 사용자의 상관 정보원에 대한 non-SIC 비직교 다중 접속의 전송률 용적을 고찰한다. 먼저, non-SIC 3명의 사용자의 상관 정보원의 비직교 다중 접속의 전송률 용적의 폐쇄형 표현 식을 유도한다. 다음, 수치적 결과를 통해, 큰 상관 관계 계수에 대해서, non-SIC 3명의 사용자의 상관 정보원의 비직교 다중 접속의 전송률 용적이 SIC 3명의 사용자의 독립 정보원의 비직교 다중 접속의 전송률 용적보다 크다는 것을 보여준다. 또한, 다양한 비교를 통하여, 약 채널 사용자들의 상관 관계 계수들이 강 채널 사용자들의 상관 관계 계수들보다 전송률 용적에 미치는 영향이 더 크다는 것을 입증한다. This paper investigates the achievable rate volumes for non-successive interference cancellation(SIC) non-orthogonal multiple access(NOMA) schemes, especially for 3-user correlated information sources(CIS). First, the closed-form expressions for the achievable rate volumes of non-SIC 3-user CIS NOMA are derived. Then it is numerically shown that the large correlation coefficients, as the achievable rate volumes of non-SIC 3-user CIS NOMA is larger than that of conventional SIC 3-user independent information sources(IIS) NOMA. We also demonstrate by various comparisons that the impact of the correlation coefficients of weaker channel gain users on achievable rate volume is more significant than those of stronger channel gain users.

상관 관계 중첩 코딩/non-SIC 비직교 다중접속의 향상된 Outage 확률에 관해

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.4

본 논문은 상관 관계 중첩 코딩/non-SIC 비직교 다중 접속의 향상된 outage 확률을 고찰한다. 먼저, 기존의 독립 중첩 코딩/SIC 비직교 다중 접속의 outage 확률을 고찰한다. 다음, 모의실험을 통하여, 상관 관계 중첩 코딩/non-SIC 비직교 다중 접속의 outage 확률이 독립 중첩 코딩/SIC 비직교 다중 접속의 outage 확률에 비하여 크게 향상되는 것을 입증한다. 결론으로, 이러한 향상된 outage 확률로 인하여, 상관 관계 중첩 코딩/non-SIC 비직교 다중 접속 기술은 5G 시스템의 유망한 기술이 될 수도 있다. This paper investigates the improved outage probability of correlated superposition coding(CSC)/non-successive interference cancellation(SIC) non-orthogonal multiple access(NOMA) scheme. For this, first, we calculate the outage probability of the conventional independent superposition coding(ISC)/SIC NOMA scheme. Then, simulations demonstrate that the outage probability of CSC/non-SIC NOMA improves greatly, with respect to that of conventional ISC/SIC NOMA. As a result, CSC/non-SIC NOMA schemes could be a promising technique in 5G networks, especially with such improved outage probability.

상호작용 이동통신 사용자에 대한 비직교 다중접속 시스템의 BER 성능 향상 : ML 검출 관점

정규혁(Kyu-Hyuk Chung) 한국전자통신학회 2020 한국전자통신학회 논문지 Vol.15 No.5

5G 이동통신 네트워크에서, 비직교 다중접속은 채널 용량을 높일 수 있는 기술로 각광받고 있다. 비직교 다중접속에서는, 다수 사용자가 채널 자원을 공유하여 신호를 동시에 전송 가능하다. 최근, 강 채널에 대해, 상호작용 이동통신 사용자의 성능이 비상호작용 이동통신 사용자 비해, 저하되는 연구가 보고되었다. 본 논문에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해 ML 수신기를 제안한다. 먼저, ML 수신기의 BER의 폐쇄형 표현식을 유도하고, 이상적인 완벽한 SIC 수신기의 BER과 비교하여, ML 수신기의 BER이 향상되었음을 보여준다. 또한, 이론적인 분석에 기초한 모의실험을 진행하고 ML 수신기의 성능 우수성을 입증한다. In the fifth generation (5G) mobile networks, non-orthogonal multiple access (: NOMA) has been considered as a promising technology, to increase the channel capacity. In NOMA, the multiple users share the channel resources and multiplex simultaneously. Recently, for the stronger channel user, it was reported that the bit-error rate (: BER) performance with interactive mobile users is degraded, compared to the BER of non-interactive users. In this paper, in order to improve such degraded BER performance, we propose the maximum-likelihood (: ML) receiver. First, the closed-form expression for the BER of the ML receiver is derived, and then it is shown that the BER of the ML receiver is improved, compared with the BER of the ideal perfect successive interference cancellation (: SIC) receiver. Additionally, based on the analytical expression, Monte Carlo simulations validates the above-mentioned results.