Wangrok Oh;Kyungwhoon Cheun;Kim, Jinwoo;Kyeongcheol Yang
한국통신학회논문지
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제29권7A호
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pp.775-780
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2004
In this paper, we propose a simple protection scheme for error prone bit positions of turbo codes using the error detection capability of the CRC, which is almost always employed in practical systems. The proposed scheme based on bit flipping with CRC offers flexibility on selecting the level of protection. Also, not having send additional parity bits or discarding useful bit positions, it offers the best error performance for a given level of protection.
다층 신경망의 학습에 있어서 역전파 알고리즘은 시스템이 지역적 최소치에 빠질수 있고,탐색공간의 피라미터들에 의해 신경망 시스템의 성능이 크게 좌우된다는 단점이 있다.이러한 단점을 보완하기 의해 유전자 알고리즘이 신경망의 학습에 도입도었다.그러나 유전자 알고리즘에는 역전파 알고리즘과 같은 미세 조정되는 지역적 탐색(fine-tuned local search) 을 위한 메카니즘이 존재하지 않으므로 시스템이 전역적 최적해로 수렴하는데 많은 시간을 필요로 한다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 역전파 알고리즘의 기울기 강하 기법(gradient descent method)을 교배나 돌연변이와 같은 유전 연산자로 둠으로써 유전자 알고리즘에 지역적 미세 조정(local fine-tuning)을 위한 메카니즘을 제공해주는 새로운 형태의 GA-BP 방법을 제안한다.제안된 방법의 유용성을 보이기 위해 3-패러티 비트(3-parity bit) 문제에 실험하였다.
데이터 입출력의 지연 및 병목현상을 해결하기 위해, 여러 개의 디스크를 병렬 구조로 연결한 RAID 시스템이 널리 사용되고 있다. 현재 HDD에 비해 입출력 성능이 좋은 SSD 기반의 RAID 시스템이 활성화 되고 있으나, SSD를 사용하여 RAID 시스템을 구현 할 경우 SSD의 쓰기 횟수 제한 문제와 빈번한 쓰기 연산으로 인한 전력소모의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 갱신 비용이 많이 드는 SSD 기반의 RAID 시스템에서 parity 디스크의 중복된 데이터를 제거하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 parity 데이터의 chunk 보다 작은 크기로 분할 하고, 중복된 데이터를 제거 하여 쓰기 연산을 줄이고 마모도 및 전력 소모를 낮춘다. 실험결과 EVENODD 코드를 사용한 RAID-6 시스템의 경우 제안한 방법이 전체 디스크의 약 16%, parity 디스크에서 31% 마모도의 감소를 보였으며, 30% 전력 감소를 보여 중복제거기법을 사용하지 않았을 때 보다 성능이 증가 한 것을 알 수 있다. RAID-5 시스템에서는 전체 디스크의 약 12%, parity 디스크의 32%의 마모도 감소를 보였고, 전력소모의 경우 36%의 전력 소모 감소를 보인다.
본 논문에서는 모바일 WiMAX용 layered LDPC(low-density parity-check) 복호기의 복호성능 및 복호 수렴속도 분석을 통해 LDPC 복호기의 하드웨어 구현을 위한 최적의 설계조건을 탐색하였다. 최소합 알고리듬과 layered 복호방식을 적용한 LDPC 복호기의 고정소수점 Matlab 모델을 개발하고 시뮬레이션 하였다. IEEE 802.16e 표준에 제시된 블록길이 576, 1440, 2304 비트와 부호율 1/2, 2/3A, 2/3B, 3/4A, 3/4B, 5/6에 대해 고정소수점 비트 폭, 블록길이, 부호율 등이 복호성능에 미치는 영향을 분석하였으며, 고정소수점 비트 폭이 8 비트 이상이고 정수부분이 5 비트 이상일 때 안정된 복호성능이 얻어짐을 확인하였다.
본 논문에서는 부호 길이가 작은 LCPC 부호에 대한 개선된 복호 방식을 제안하였다. LCPC 부호는 터보 부호나 LDPC 부호에 비해 복잡도가 낮고 요구되는 메모리도 적어 IoT 단말 간 통신에 적합하다. IoT 단말은 에너지가 제한되어 있어서 복잡도가 낮아야 하며 종단 간 지연 시간이 짧아야 하는 경우가 많다. 또한, 전송되는 패킷 길이가 작고 IoT 단말의 신호 처리 능력이 작기 때문에 LCPC 부호 시스템이 가능한 한 간단해야 한다. LCPC 부호는 단일 오류는 모두 정정할 수 있고 2개의 오류 중 일부를 정정할 수 있다. 본 논문에서는 변조기 출력단의 소프트 값을 이용하여 2개의 오류를 모두 정정함으로서 복잡도를 증가시키지 않고서도 비트 오율 성능을 개선하였다. 본 논문에서 제안한 복호 방식을 이용하여 시뮬레이션을 한 결과 기존의 복호 방식에 비해 $10^{-4}$의 비트 오율에서 약 1.1[dB]의 부호 이득을 얻을 수 있었다.
재귀적 구조의 SPCPC (single parity check product code)인 CAMC (constant amplitude multi-code) 는 반복적 복호를 행할 때 SPCPC에 비하여 오류 정정 성능이 우수하다. 본 논문에서는 대역확산 신호인 CAMC의 처리 이득이 성능 향상에 미치는 영향을 분석한다. 일반적인 곱 부호에서는 반복적 복호로 오류 정정 과정이 종료되지만, CAMC 는 반복적 복호 후의 역확산 과정에서 추가적으로 오류가 정정된다. 잔존하는 비트 오류의 수가 ($\sqrt{N}/2-1$)개 이하인 경우에는 (N은 코드워드의 길이), 역확산 과정에서 그 오류들은 모두 정정된다. 반복적 복호에서 EI (extrinsic information)의 분포 형태를 관찰한 결과, 초기의 EI 분포는 대체로 랜덤하나, 몇 회의 iteration 후에는 ($-E_{max}$) 혹은 ($+E_{max}$)의 이진 값으로 수렴한다. EI의 분포가 오류 정정의 진행 사항을 반영하는 점을 이용하는 iteration 제어 방법을 실험한 결과 Eb/No 에서 약 0.2 dB의 이득을 얻었다.
모바일 WiMAX 표준 IEEE 802.16e의 블록길이 2,304 비트, 부호율 1/2을 지원하는 LDPC(low-density parity-check) 복호기를 설계하였다. 설계된 LDPC 복호기는 최소-합(min-sum) 알고리듬과 layered 복호를 기반으로 $96{\times}96$ 크기의 부행렬을 병렬로 처리하는 부분병렬 구조를 갖는다. 최소-합 알고리듬의 특징을 이용하여 메모리 용량을 감소시킬 수 있는 새로운 방법을 고안하여 적용함으로써 검사노드 메모리 용량을 기존의 방법보다 46% 감소시켰다. Verilog HDL로 설계된 LDPC 복호기를 $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 174,181개의 게이트와 52,992 비프의 메모리로 구현되었으며, Eb/No=2.1dB의 AWGN 채널에 대해 평균 비트 오율 (BER)는 $4.34{\times}10^{-5}$이고, 100 MHz@1.8-V로 동작하여 약 417 Mbps의 성능을 갖는다.
항공 우주 분야의 데이터 전송 방식의 표준인 IRIG 106 표준에서 오류 정정 능력이 뛰어난 LDPC가 채널 부호화 기법으로 채택되었다. LDPC와 같은 반복 부호는 큰 블록 크기와 많은 반복 횟수를 필요하고 이로 인해 계산량과 전력 소모가 늘어나는 결과를 초래한다. 이러한 문제점을 개선하고자 본 논문에서는 IRIG 106 표준에 따른 정보비트 크기와 부호화율에 대해 동일한 성능을 유지하면서 평균 반복 횟수를 감소하는 parity check 방식 기반의 조기 종료 알고리즘을 제시하였다. 기존 방식과 성능 및 반복 감소 정도를 비교 분석하였으며. 각 부호화 별 동일 성능을 유지하면서 반복 횟수가 약 50% 이상 감소됨을 확인하였다.
디지털 신호 및 전송부호의 오류검출에는 예전부터 패리티 체크가 사용되어 왔다. 그러나 패리티 체크 기법은 구현 및 알고리즘이 단순, 간결한 우수성이 있지만 특정 데이터 비트의 경우 오류 검출이 불가능하다는 문제점을 가지고 있다. 이후 패리티 체크 기법은 해밍 코드 및 채널 오류 정정을 위한 LDPC 코드와 같은 다양한 오류검출 및 정정 알고리즘에 적용되어 발전되어 왔으며, 그 중 LDPC 코드의 bit-flipping 알고리즘에서는 패리티 기법을 반복적으로 적용하는 방식을 택하고 있다. 본 논문에서는 이러한 채널 오류 정정을 위한 LDPC의 bit-flipping 알고리즘을 이차원 코드에 적용하고, 이 때 bit-flipping 알고리즘이 가지고 있는 문제점을 보완할 수 있는 개선된 LDPC 코드를 제안한다.
본 논문에서는 광 기록 저장 시스템을 위한, 천이가 발생되는 최소 및 최대 런-길이 조건이 각각 2와 7이고 RMTR(repeated minimum transition run)을 4로 제한하는 새로운 패리티 보존형 런-길이 제한 (parity preserving run-length limited) 코드를 제안한다. 제안된 코드는 차세대 광 기록 시스템으로 주목받고 있는 (1,7) PP 코드나 현재 저장 시스템에 적용되고 있는 (2,10) 코드에 비해 밀도율과 RMTR, DC 성분 억제, 비트 에러율(BER), 시스템 복잡도 등의 측면에서 더 나은 성능을 보인다 . 본 논문은 몇 가지 모의실험을 통해 제안된 코드의 특성을 설명하고, 앞에서 언급된 코드와 비교하여 성능의 우위를 예시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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