Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

(Turbo Decoder Design with Sliding Window Log Map for 3G W-CDMA)

3세대 이동통신에 적합한 슬라이딩 윈도우 로그 맵 터보 디코더 설계

  • Park, Tae-Gen (School of Information, Communication and Electronics Engineering, Catholic University) ;
  • Kim, Ki-Hwan (Mobile Communication Technology Research Lab. LG Electronics Inc.)
  • 박태근 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 김기환 (LG전자 이동통신기술연구소)
  • Published : 2005.09.01
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Abstract

The Turbo decoders based on Log-MAP decoding algorithm inherently requires large amount of memory and intensive complexity of hardware due to iterative decoding, despite of excellent decoding efficiency. To decrease the large amount of memory and reduce hardware complexity, the result of previous research. And this paper design the Turbo decoder applicable to the 3G W-CDMA systems. Through the result of previous research, we decided 5-bits for the received data 6-bits for a priori information, and 7-bits for the quantization state metrics. The error correction term for $MAX^{*}$ operation which is the main function of Log-MAP decoding algorithm is implemented with very small hardware overhead. The proposed Turbo decoder is synthesized in $0.35\mu$m Hynix CMOS technology. The synthesized result for the Turbo decoder shows that it supports a maximum 9Mbps data rate, and a BER of $10^{-6}$ is achieved(Eb/No=1.0dB, 5 iterations, and the interleaver size $\geq$ 2000).

로그 맵 복호 알고리즘 기반의 터보 디코더는 뛰어난 복호 성능에도 불구하고, 반복적 연산으로 인한 인터리버 크기에 비례하는 많은 양의 메모리와 높은 하드웨어 복잡도가 단점으로 지적된다. 이에 본 논문에서는 이전 연구 결과를 바탕으로 많은 양의 메모리의 절감과 하드웨어 복잡도를 감소시킨 3G W-CDMA 시스템에 적합한 터보 디코더를 설계하였다. 하드웨어 복잡도와 복호 성능간의 균형을 고려하여 수신정보, 사전정보, 상태 메트릭을 각각 5비트, 6비트 그리고 7비트로 할당하였고, 로그 맵 복호 알고리즘의 주연산인 $MAX^{*}$ 연산 중 계산도가 큰 오류 보정 함수를 근사화한 조합회로로 구성하여 하드웨어 부담을 감소하였으며 윈도우 블록의 길이가 32인 슬라이딩 윈도우 기법을 적용하였다. 본 논문에서 제안한 터보 디코더는 $0.35\mu$m Hynix CMOS technology로 합성한 합성 결과로부터 Eb/No가 1dB, 인터리버 크기가, 5번의 반복 복호에서 $10^{-6}$ 이하의 비트 오율을 달성하였으며, 이때 최고 9Mbps의 복호 성능을 발휘한다.

Keywords

References

  1. 3GPP TS 25.212, 3rd generation partnership project technical specification group radio access network, multiplexing and channel coding(FDD), (Release 4)
  2. C. Berrou, A. Glavieux, and P. Thitimajshima, 'Near Shannon limit error correcting coding and decoding: Turbo-codes(1),' in Proc., IEEE ICC'93, pp.1064-1070, May 1993 https://doi.org/10.1109/ICC.1993.397441
  3. L. Bahl, J. Cocke, F. Jelinek and J. Raviv, 'Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate,' IEEE Trans. Information Theory, vol.IT-20, pp.248-287, Mar. 1974
  4. 김수영, 이수인, '터보코드(Turbo Codes) 개발 동향,' 주간 기술동향, 한국전자통신연구원, 888호, pp.1-12, 1999년
  5. S. Barbulescu and S. Piebrobon, 'Turbo codes: a tutorial on a new class of powerful error correcting coding schemes, part 2: decoder design and performance,' IEEE Journal of Electrical and Electronics Engineering, Australia, vol.19, no.3, pp.143-152, Sept. 1999
  6. H. Dawid and H. Meyr, 'Real-time algorithms and VLSI architectures for soft output MAP convolutional decoding,' in Proc. Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications, PIMRC'95. Wireless:Merging onto the Information Superhighway, vol. 1, pp.193-197, 1995 https://doi.org/10.1109/PIMRC.1995.476882
  7. S. Benedetto et al., 'Soft-output decoding algorithms in iterative decoding of Turbo codes,' JPL, TDA Progress Report 42-124, Feb. 1996
  8. T. Ngo, I. Verbauwhede, 'Turbo codes on the fixed point DSP TMS32OC55x,' Signal Processing Systems, 2000 IEEE Workshop on, pp.255-264, Oct. 2000
  9. X. J. Zeng, Z. L. Hong, 'Design and implementation of a Turbo decoder for 3G W-CDMA systems,' Consumer Electronics, IEEE Transactions on, Vol.48, Issue: 2, pp.284-291, May 2002 https://doi.org/10.1109/TCE.2002.1010133
  10. M. El-Assal, M. Bayoumi, 'A high speed architecture for MAP decoder,' Signal Processing Systems, 2002 IEEE Workshop on, pp.69-74, Oct. 2002
  11. 김기환, 박태근, 'Log-MAP 구조에 대한 터보 디코더의 성능분석,' 제17회 신호처리합동학술대회 논문집, vol.17, no.1, Oct. 2004
  12. P. Jung and J. Plechinger, 'Performance of rate compatable punctured turbo-codes for mobile radio applications,' Electronics Letters, vol.33, pp.2102-2103, Dec. 1997 https://doi.org/10.1049/el:19971444
  13. Fu-hua Huang, 'Evaluation of soft output decoding for Turbo codes,' Virginia Tech, 1997
  14. P. Robertson, E.Villebrun and P.Hoeher, 'A comparison of optimal and sub-optimal MAP decoding algorithms operating in the log domain,' in Proc. Int. Conf. Communications, pp.1009-1013, June 1995 https://doi.org/10.1109/ICC.1995.524253
  15. Z. Wang, Z. Chi and K. K. Parhi, 'Area-Efficient High-Speed Decoding Schemes for Turbo Decoders,' IEEE Trans. VLSI Syst., vol. 10, no. 6, Dec. 2002 https://doi.org/10.1109/TVLSI.2002.808451