HSS 기반의 고속 LDPC 복호기 FPGA 설계

김민혁(Min-Hyuk Kim),박태두(Tae-Doo Park),정지원(Ji-Won Jung) 한국전자파학회 2012 한국전자파학회논문지 Vol.23 No.11

본 논문에서는 DVB-S2에 제시된 LDPC 복호기에 대하여 효율적인 알고리즘을 제안하고 고속화 하여, 이에 따른 FPGA구현 결과를 제시하였다. 고속 LDPC 복호기를 구현하기 위해서는 알고리즘 측면과 구현 측면에서 여러가지 문제점이 있다. 알고리즘 측면에서는 첫째, LDPC 부호화 방식은 큰 블록 사이즈 및 많은 반복 횟수를 요구하므로 복호 속도를 높이기 위해서는 동일한 성능을 유지하면서 반복 횟수를 줄일 수 있는 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 이를 위해 체크 노드를 기반으로 하여 복호화 과정을 거치는 horizontal shuffle scheduling(HSS) 알고리즘을 적용하여 기존의 반복 횟수를 줄일 수 있는 방안을 연구하였다. 구현 측면에서 복호 속도를 높이기 위해서는 데이터의 많은 병렬 처리가 필요하다. 이러한 병렬 처리에 의해 노드 업데이트 연산 역시 병렬처리가 가능하다. Check Node Update의 경우 look up table(LUT)이 필요하다. 이는 critical path의 주요 원인이 되는 부분으로 LUT 연산을 하지 않고 성능 열화를 최소화 하는 self-correction normalized min sum(SC-NMS) 연산방식을 제안하였고, 최적의 CNU 연산 방식에 따른 복호기 구조를 제안하고 FPGA 구현 결과, 복호 속도가 약 40 % 개선됨을 알 수 있다. LDPC decoder architectures are generally classified into serial, parallel and partially parallel architectures. Conventional method of LDPC decoding in general give rise to a large number of computation operations, mass power consumption, and decoding delay. It is necessary to reduce the iteration numbers and computation operations without performance degradation. This paper studies horizontal shuffle scheduling(HSS) algorithm and self-correction normalized min-sum(SC-NMS) algorithm. In the result, number of iteration is half than conventional algorithm and performance is almost same between sum-product(SP) and SC-NMS. Finally, This paper implements high-speed LDPC decoder based on FPGA. Decoding throughput is 816 Mbps.

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.

맞춤형 지르코니아 블락 제작을 위한 삭제된 치아의 평균 크기 분석

김민혁,김성훈,여인성,윤형인,이재현,한중석,Kim, Min-Hyuk,Kim, Sung-Hun,Yeo, In-Sung,Yoon, Hyung-In,Lee, Jae-Hyun,Han, Jung-Suk 대한치과보철학회 2017 대한치과보철학회지 Vol.55 No.4

목적: 지르코니아는 소결 과정에서 3차원적으로 수축이 일어나기 때문에, 원하지 않는 체적 변화에 따른 오차가 존재하여 완전 소결된 지르코니아를 밀링하여, 오차를 줄이려는 노력이 있었으나, 재료의 단단함으로 인해 밀링 시간이 오래 걸리고, 밀링기구에 손상이 생길 수 있고, 기공 과정 중 칩 생성이 있을 수 있다. 삭제된 치아의 평균값을 구하여 제작된 맞춤 지르코니아 블락은 이러한 단점을 극복 할 수 있을 것이다. 재료 및 방법: 삭제된 치아들을 모델화하여 스캔 후 얻어진 STL file을 이용하여, 치아 크기를 분석하였다. Mimics 및 포토샵을 사용하여 각각의 치아의 횡단면, 전두면, 시상면, 세 면을 기준면으로 정하여, 각각의 면에 3D volume을 투영 후 외곽의 크기는 외곽 접선을 통해, 내곽의 크기는 내부 홀의 상단 부 변곡점에 접선을 구하여 각각 치아의 크기를 분석하였다. 결과: 측정에서 보여준 삭제된 전치군(N = 57) 치아의 평균 치관 길이는 $6.60{\pm}1.05mm$, 근원심 $2.98{\pm}0.73mm$, 협설 $2.04{\pm}0.73mm$이고, 소구치군(N = 15) 치아의 평균 치관 길이는 $5.37{\pm}1.49mm$, 근원심 $4.10{\pm}1.78mm$, 협설 $5.86{\pm}1.55mm$, 대구치군(N = 13) 치아의 평균 치관길이는 $5.11{\pm}1.29mm$, 근원심 $6.80{\pm}1.18mm$, 협설 $7.34{\pm}1.40mm$이다. 결론: 한국인의 전치부, 소구치부, 대구치부 치아의 삭제량과 치아 크기 값의 평균값을 구함으로써 그 값을 이용하여 맞춤형 지르코니아 블락을 만들 수 있다. Purpose: Unpredictable shrinkage of zirconia during sintering process causes discrepancy. Therefore, there have been attempts to reduce discrepancy by milling zirconia after sintering. However, due to the hardness of sintered zirconia, milling takes longer time, causes damage to the machine and causes chip formation. With customized zirconia block using the mean dimension of prepared natural dentition, it is expected to overcome these shortcomings. Materials and methods: The mean dimension of prepared natural dentition was analyzed as STL file after scanning of prepared teeth treated at SNUDH. The transverse, frontal and sagittal planes were set using Mimics and Photoshop. 3D volume was projected on each plane, and the outer line was measured through external tangent line, and the inner line was measured through inflection point of tangent line. Results: The mean height of prepared incisal (N = 57) is $6.60{\pm}1.05mm$, mesiodistal length is $2.98{\pm}0.73mm$, buccolingual length is $2.04{\pm}0.73mm$. The mean height of prepared premolar (N = 15) is $5.37{\pm}1.49mm$, mesiodistal length is $4.10{\pm}1.78mm$, buccolingual length is $5.86{\pm}1.55mm$. And the mean height of prepared molar (N = 13) is $5.11{\pm}1.29mm$, mesiodistal length is $6.80{\pm}1.18mm$, buccolingual length is $7.34{\pm}1.40mm$. Conclusion: Using the mean dimension of prepared natural dentition, it is expected to be able to fabricate customized zirconia block.

수중 다중경로 채널에서 효과적인 채널추정을 위한 비트 분리 방법

김민혁,박태두,김철승,정지원,천승용,손권,Kim, Min-Hyuk,Park, Tae-Doo,Kim, Chul-Seung,Jung, Ji-Won,Yong, Chun-Seung,Sohn, Kwon 한국정보통신학회 2010 한국정보통신학회논문지 Vol.14 No.10

수중에서의 통신은 해수면과 해저면 등에 의한 신호의 반사에 의해 발생한 다중경로 현상으로 신호가 왜곡되어 원활한 통신이 어렵다. 본 논문에서는 다중경로에 의해 왜곡된 수신신호로부터 채널 복호기에 입력되는 신호를 최대한 정확하게 추정하기 위하여 최대값, 평균값, LLR 방법을 이용하여 수신된 신호를 분리하는 방법을 제안한다. 채널 부호화 방법으로는 DVB-S2 규격의 LDPC(N Size=16000)를 적용하여 각각의 방법에 따른 성능을 확인하였다. 시뮬레이션 결과 제안한 기법 중 LLR을 이용한 방법이 가장 우수한 성능을 보이는 것을 확인 할 수 있다. Underwater acoustic(UWA) communication has multipath error because of reflection by sea-level and sea-bottom. The multipath of UWA channel causes signal distortion and error floor. In this paper, we proposed split input bits of channel decoder using method of maximum value, average value, LLR value for optimal estimation. Channel coding method is LDPC(N size=16000) standard in DVB-S2. As shown in simulation results, the performance of LLR value method is better than other methods.

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.

탐지 및 공격 임무를 수행하는 로봇팀의 효율적 자원관리를 통한 작업할당방식

김민혁,Kim, Min-Hyuk 한국군사과학기술학회 2014 한국군사과학기술학회지 Vol.17 No.2

In this paper, we address a task allocation problem for a robot team that performs a search and attack mission. The robots are limited in sensing and communication capabilities, and carry different types of resources that are used to attack a target. The environment is uncertain and dynamic where no prior information about targets is given and dynamic events unpredictably happen. The goal of robot team is to collect total utilities as much as possible by destroying targets in a mission horizon. To solve the problem, we propose a distributed task allocation framework incorporated with effective resource management based on resource welfare. The framework we propose enables the robot team to retain more robots available by balancing resources among robots, and respond smoothly to dynamic events, which results in system performance improvement.

HSS 기반 초고속 LDPC 복호를 위한 구조

이인기(In-Ki Lee),김민혁(Min-Hyuk Kim),오덕길(Deock-Gil Oh),정지원(Ji-Won Jung) 한국통신학회 2013 韓國通信學會論文誌 Vol.38 No.2B

본 논문은 위성방송 전송 규격인 DVB-S2의 기반 채널 부호로 사용되는 LDPC를 고속 복호를 위해 HSS(Horizontal Shuffle Scheduling) 방식을 기반으로 고속 복호기 구조를 연구하였다. 첫째로 HSS방식에서 발생하는 메모리 충돌을 극복하는 방식을 제시한다. 둘째로 고속 복호를 위해 LUT(Look Up Table)을 이용하는 Sum-Product 알로리즘 대신 min값에서 scaling factor를 곱하는 Normalized Min-Sum 알고리즘을 사용하였으며, 성능 향상을 위해 check node에서 bit node로 입력되는 값의 부호를 확인하여 신뢰성 없는 값을 삭제하는 Self-Correct 방식을 제시하여 sum-product 방식에서 발생하는 bottle neck 현상을 하였다. 마지막으로 고속화를 위한 효율적인 메모리 구조를 제안한다. This paper proposes the high speed LDPC decoder structure base on the DVB-S2. Firstly, We study the solution to avoid the memory conflict. For the high speed decoding process the decoder adapts the HSS(Horizontal Shuffle Scheduling) scheme. Secondly, for the high speed decoding algorithm normalized Min-Sum algorithm is adapted instead of Sum-Product algorithm. And the self corrected is a variant of the LDPC decoding that sets the reliability of a Mc→v message to 0 if there is an inconsistency between the signs of the current incoming messages Mv’→c and the sign of the previous incoming messages Moldv’→c This self-corrected algorithm avoids the propagation on unreliable information in the Tanner graph and thus, helps the convergence of the decoder.Start after striking space key 2 times. Lastly, and this paper propose the optimal hardware architecture supporting the high speed throughput.

DVB-S2 규격 LDPC 부호의 고속화를 위한 NMS 방식을 적용한 메모리 구조

김민혁(Kim Min Hyuk),박태두(Park Tae Doo),임병수(Lim Byeong Su),정지원(Jung Ji Won),배진수(Jinsoo Bae),정민아(Min A Jeong),송익호(Iickh Song) 한국통신학회 2011 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

CATV 하향 스트림 채널 코딩 시스템 구현

김민혁(Min-Hyuk Kim),배종태(Jong-Tae Bae),최석순(Suk Soon Choi),박태두(Tae-Doo Park),김남수(Nam-Soo Kim),정지원(Ji-Won Jung) 한국통신학회 2008 한국통신학회 학술대회 및 강연회 Vol.2008 No.4

정치평론 : "반기문 유엔 사무총장에 대한 중간평가"를 읽고

김민혁(Min Hyuk Kim) 한국정치평론학회 2009 정치와 평론 Vol.4 No.-