We present a low-density parity-check (LDPC)-based, threaded layered space-time-frequency system with emphasis on the iterative receiver design. First, the unbiased minimum mean-squared-error iterative-tree-search (U-MMSE-ITS) detector, which is known to be one of the most efficient multi-input multi-output (MIMO) detectors available, is improved by augmentation of the partial-length paths and by the addition of one-bit complement sequences. Compared with the U-MMSE-ITS detector, the improved detector provides better detection performance with lower complexity. Furthermore, the improved detector is robust to arbitrary MIMO channels and to any antenna configurations. Second, based on the structure of the iterative receiver, we present a low-complexity belief-propagation (BP) decoding algorithm for LDPC-codes. This BP decoder not only has low computing complexity but also converges very fast (5 iterations is sufficient). With the efficient receiver employing the improved detector and the low-complexity BP decoder, the proposed system is a promising solution to high-data-rate transmission over selective-fading channels.
탁월한 에러 정정 능력으로 인해 최근 통신 표준에서 많이 채택되고 있는 low-density parity-check(LDPC) 코드중, quasi-cyclic LDPC(QC-LDPC) 코드는 복호기 복잡도가 비교적 낮아서 많이 사용되고 있다. QC-LDPC 코드의 복호기 설계에 있어서 중요한 블록 중 하나가 여러 가지 크기의 rotation을 수행할 수 있는 multi-size circular shifter(MSCS)이다. MSCS의 여러 구현 방법 중 많이 사용되는 Benes 네트워크는 일반적인 MSCS 동작에는 효율적이나 rotation 크기 등의 특징을 이용할 수 없는 단점이 있다. 이 논문에서는 Benes 네트워크의 제어 신호 생성을 수정하여서 rotation 크기 특징을 이용할 수 있는 방법을 제시한다. 제안된 제어 신호 생성법을 IEEE 802.16e WiMAX 표준의 QC-LDPC 코드 복호기에 적용하여, MUX의 개수를 줄이고 지연 시간을 단축하였다.
LDPC(low density parity check) 부호는 낮은 복잡성과 Shannon의 한계에 근접하는 오류 정정 능력을 보이기 때문에 turbo 부호와 함께 많은 응용 분야에 적용되고 있다. 최근에는 분산 동영상 부호화(distributed video coding: DVC) 시스템의 Wyner-Ziv 프레임 복호를 위해서도 LDPC 부호가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 DVC 시스템을 위한 LDPC 부호를 설계하기 위해 패리티 체크 행렬 H를 설계하고 부호율 적응적인(rate adaptive) 특성을 만족하기 위해 H 행렬의 패리티 점검 노드를 효율적으로 병합하는 방법을 제안한다. 이를 위해 cycle의 연결성을 고려한 ACE(approximation cycles EMD) 알고리즘을 기반으로 효율적인 LDPC 부호를 설계하고 부호율 적응적인 특성을 갖도록 하기 위해 H 행렬의 크기와 압축율을 고려하여 병합 범위를 지정하고 지정된 범위에 따라 패리티 점검 노드를 병합한다. 그리고 ACE 알고리즘의 계수와 차수 분포를 변화시키면서 설계한 LDPC 부호의 성능을 해석한다.
본 논문에서는 LDPC 부호화된 멀티유저 상향링크 massive-MIMO 시스템에서, 연판정 MRC 검출기와 LDPC 복호기를 이용한 반복적 검출 및 복호 수신기를 제안한다. 우선 MRC 검출기에 대해 연판정 기법을 제안하고, 검출기와 LDPC 복호기간 정보 교환 관계를 유도한다. 제안된 반복적인 검출 및 복호 과정을 통해 성능이 향상될 수 있음을 시뮬레이션을 통해 확인한다.
In this paper, we analyze the performance of LDPC decoder for DVB-S2 system. The performance analysis is performed by computer simulations based on AWGN channel and high order modulation technique including 16APSK and 32APSK. For normal frame codeword length N = 64800, the performance of LDPC decoder is only away 0.7dB to 1dB from Shannon limit with respect to each modulation. The constructions and encoding process of LDPC codes which are used for DVB-S2 system are also presented and described.
1962년 R.G Gallager가 제안한 LDPC(Low Density Parity Check)부호는 Shannon의 채널 용량의 한계에 근접한 우수한 오류정정 부호이다. 우수한 LDPC부호 생성 조건 중 가장 중요한 부분은 바로 최소 사이클 길이(girth)를 최대화 하는 과정인데, PEG(Progressive Edge Growth)알고리듬은 이 조건을 만족시키는 우수한 알고리듬으로 인정받고 있다. 이후 높은 SNR범위에서 PEG알고리듬의 성능을 개선한 IPEG (Improved PEG) 알고리듬을 포함한 다양한 알고리듬이 제안 되었다.본 논문은 PEG와 IPEG 알고리듬을 이용해 생성한 LDPC 부호를 이용하여 부호길이, 부호율을 변화시키면서 실험하여 그 결과를 비교 분석하였고, 더 좋은 성능을 가질 수 있는 알고리듬에 대해 논의한다.
본 논문에서는 NM(node monitoring) 알고리듬과 NP(Piecewise Linear Function Approximation)를 사용해서 LDPC 코드 복호의 복잡도를 감소시키기 위한 효율적인 알고리듬을 제안한다. 이 NM 알고리듬은 새로운 node-threshold 방법과 message passing 알고리듬에 근거해서 제안되었는데, 이에 NP 방법을 사용해서 알고리듬의 복잡도를 더 줄일 수 있었다. 이 알고리듬의 효율성을 입증하기 위해서 모의 실험을 하였다. 모의실험결과, 기존에 잘 알려진 방법에 비해서 20% 정도 더 효율적이었다.
기존의 Quasi-Cyclic LDPC 부호는 하나의 기본행렬의 순환행렬을 부행렬로 사용하여 패리티 검사 행렬을 만든다. 본 논문에서는 무게가 서로 다른 두 개의 기본 행렬의 순환행렬들과 영행렬을 부행렬로 사용하고, 이 세 개의 부행렬들을 주어진 조건하에서 무작위로 조합하여 패리티 검사 행렬을 만드는 방법을 제안한다. 제안된 LDPC 부호는 girth가 6이상인 Irregular LDPC 부호이다.
디지털 비디오 방송표준(DVB-S2)은 순방향 에러 코딩방법으로 BCH와 LDPC을 연결한 시스템을 내부코딩으로 사용한다. DVB-S2에서 LDPC 코드는 11개의 서로 다른 부호화 율을 정의하고 있기 때문에, DVB-S2 LDPC 복호기는 다양한 부호화 율을 지원해야 한다. 11개의 부호화 율 중에서 7가지(3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10)는 균일한 부호화 율이고, 나머지 4가지(1/4, 1/3, 2/5, 1/2)는 비균일 부호화 율이다. 본 논문에서는 균일한 LDPC 코드를 위한 유연한 복호기를 제시한다. 제안된 복호기는 칩의 면적, 메모리의 효율, 처리속도 등에서 많은 장점을 갖는 반 병렬 복호 구조와 변수노드와 체크노드의 내부 연결선을 줄이고 다양한 부호화 율을 지원할 수 있도록 Benes 네트워크를 결합하여 블록크기가 64,800까지 사용가능하도록 설계하였다. 제안하는 복호기는 200MHz에서 193.2MbPs의 처리속도를 갖으며, 면적은 $16.261m^2$이고, 전력은 공급전압이 1.5V에서 198mW의 소모를 보인다.
분산 소스 부호화 시스템은 복호복잡도가 높다는 문제점을 갖는다. 본 논문에서는 신드롬 기반의 분산 소스 부호인 low-density parity check accumulate (LDPCA) 부호의 복호복잡도를 효율적으로 낮추기 위하여 LDPC 부호에 사용되는 각종 정지조건을 LDPCA 복호기에 적용하고 이에 따른 복잡도를 평가하였다. 대표적으로 convergence of mean magnitude (CMM) 정지 조건을 적용하여, 정지 조건을 사용하지 않았을 때보다 압축부호율 손실을 2% 이하로 발생시키며 약 85%의 복호복잡도 감소 효과를 얻을 수 있었다. 더불어 사용되는 부호의 성능을 파악하고 있을 때 초기에 과잉 신드롬을 전송하는 방법과, 채널 정보가 얻기 힘든 경우 기존 정지조건을 부호율 적응적인 LDPCA 부호에 적합하게 수정하는 방법을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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