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DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위한 Horizontal Shuffle Scheduling 방식에 관한 연구
임병수,김민혁,정지원,Lim, Byeong-Su,Kim, Min-Hyuk,Jung, Ji-Won 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.10
DVB-S2에 적용되는 Shannon의 채널 용량 한계에 근접한 LDPC 부호는 복호화의 낮은 복잡도와 좋은 거리 특성으로 오류마루 현상인 나타나지 않고, 완성 병렬 처리가 가능하다. 하지만 구현상에 있어서 큰 블록 사이즈 및 많은 반복 횟수 때문에 복호과정에서 고속화가 어렵다. 이에 본 논문에서는 HSS(Horizontal Shuffle Scheduling) 방식을 연구하여 최적의 반복횟수를 제시한다. 고속 복호를 위한 복호과정의 한 방법으로 HSS 방식은 체크 노드를 중심으로 체크 노드가 업데이트 되는 과정에서 비트 노드도 같이 업데이트 되기 때문에 한 번의 반복이 끝났을 때 비트노드는 여러 번 반복한 효과를 가지게 된다. 결국 기존에 제시된 반복횟수보다 HSS 방식을 적용하였을 때 더 적은 반복 횟수로 동일한 성능을 얻을 수 있다. HSS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, 각각의 부호화율에서 동일한 성능으로 최소 30% ~ 최대 50% 만큼 반복횟수를 줄일 수 있음을 확인하였다. DVB-S2 employs LDPC codes which approach to the Shannon's limit, since it has characteristics of a good distance, error floor does not appear. Furthermore it is possible to processes full parallel processing. However, it is very difficult to high speed decoding because of a large block size and number of many iterations. This paper present HSS algorithm to reduce the iteration numbers without performance degradation. In the flooding scheme, the decoder waits until all the check-to-variable messages are updated at all parity check nodes before computing the variable metric and updating the variable-to-check messages. The HSS algorithm is to update the variable metric on a check by check basis in the same way as one code draws benefit from the other. Eventually, LDPC decoding speed based on HSS algorithm improved 30% ~50% compared to conventional one without performance degradation.
DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위한 효율적인 CNU 계산방식에 관한 연구
임병수,김민혁,정지원,Lim, Byeong-Su,Kim, Min-Hyuk,Jung, Ji-Won 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.9
본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 '${\alpha}$'를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인 CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 "0"을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다. In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) that is critical path in LDPC decoding speed. A new SC-NMS (Self-Corrected Normalized Min-Sum) method is proposed in the paper. NMS needs only normalized scaling factor instead of LUT and compensates the overestimation of MP approximation. In addition, SC method is proposed. It gives a faster convergence toward a decoded codeword. If a message change its sign between two iterations, it is not reliable and to avoid to propagate noisy information, its module is set to 0. The performance of SC-NMS has a little degrade compare to MP by 0.1 dB, however considering computational complexity and decoding speed, SC-NMS algorithm is optimal method for CNU algorithm.
수중음향통신에서 최적의 반복부호 알고리즘 및 성능 실험
박군열,임병수,정지원,Park, Gun-Yeol,Lim, Byeong-Su,Jung, Ji-Won 한국정보통신학회 2012 한국정보통신학회논문지 Vol.16 No.11
수중에서의 통신은 해수면과 해저면 등에 의한 신호의 반사가 생겨 다중경로 현상이 발생한다. 이러한 다중경로의 영향으로 신호는 왜곡되고 원활한 수신을 방해하게 된다. 이러한 다중 경로 환경에서 본 논문에서는 수신신호의 성능을 향상시키고자 수중통신에 적합한 반복부호를 설정하였다. 적용가능한 반복부호로는 터보 부호와 LDPC 부호가 있으며, 성능 및 부호화 길이, 등화기 적용 등의 파라메타를 기반으로 수중통신에서는 터보 부호의 적용이 적합하다는 결론을 얻었다. 따라서 터보 부호 기반으로 다중경로로 인한 위상 오차 추정은 decision directed 방식을 이용하여 위상 추적을 하였다. 실제 동해 바다에서 송수신 거리가 3Km 그리고 데이터 속도를 1Kbps로 설정하여 터보 부호의 성능을 확인하였다. Underwater acoustic communication has multipath error because of reflection by sea-level and sea-bottom. The multipath of underwater channel causes signal distortion and error floor. In order to improve the performance, it is necessary to employ an iterative coding scheme. Among the iterative coding scheme, turbo codes and LDPC codes are dominant channel coding schemes in recent. This paper concluded that turbo coding scheme is optimal for underwater communications system in aspect to performance, coded word length, and equalizer combining. Also, decision directed phase recovery was used for correcting phase offset induced by multipath. Based on these algorithms, we confirmed the performance in the environment of oceanic experimentation.
DVB-RCS NG 시스템을 위한 연판정 e-BCH 부호의 구현을 위한 최적 양자화 비트 수 결정
김민혁,박태두,임병수,정지원,Kim, Min-Hyuk,Park, Tae-Doo,Lim, Byeong-Su,Jung, Ji-Won 한국정보통신학회 2011 한국정보통신학회논문지 Vol.15 No.9
Chase 알고리즘 기반의 연판정 e-BCH 복호 방식은 차세대 DVB-RCS 표준화에 오류 정정 부호화 방식으로 체택되었다. 구현을 위해서는 기존의 경판정 BCH 복호기와는 달리, 특히 연판정 e-BCH 복호시 필요한 양자화 비트수는 구현을 위해 반드시 결정해야 하며, 성능적인 측면에서도 만족을 해야만 한다. 따라서 본 논문에서는 DVB-RCSNG에서 채택된 연판정 e-BCH 복호기에서 구현을 위해 최적의 비트수를 BER 성능을 이용하여 설정하였다. The soft-decision e-BCH decoding algorithm based on the Chase algorithm is adopted in DVB-RCS NG systems. For implementation, it is necessary to decide the number of optimal quantization bits when soft-decision e-BCH decoding algorithm is processed. Also, the performance must be satisfied. Therefore, in this paper, when the soft-decision e-BCH decoder is implemented, we select the number of optimal quantization bits using BER performance.