[論文レビュー] Low Complexity Belief Propagation Polar Code Decoders

Syed Mohsin Abbas, YouZhe Fan+2 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2015

Error Correcting Code Techniques参考文献 16被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、部分要因グラフの凍結を導入することで、平均的な反復回数と計算量を低減する低複雑性の信念伝播（BP）デコーダを提案する。BPに逐次取消デコーディング（SCD）の原則を統合することにより、従来のBPと同等の性能を達成しつつ、著しく低い遅延とエネルギー消費で実現しており、シミュレーションによって検証されている。

ABSTRACT

Since its invention, polar code has received a lot of attention because of its capacity-achieving performance and low encoding and decoding complexity. Successive cancellation decoding (SCD) and belief propagation decoding (BPD) are two of the most popular approaches for decoding polar codes. SCD is able to achieve good error-correcting performance and is less computationally expensive as compared to BPD. However SCDs suffer from long latency and low throughput due to the serial nature of the successive cancellation algorithm. BPD is parallel in nature and hence is more attractive for high throughput applications. However since it is iterative in nature, the required latency and energy dissipation increases linearly with the number of iterations. In this work, we borrow the idea of SCD and propose a novel scheme based on sub-factor-graph freezing to reduce the average number of computations as well as the average number of iterations required by BPD, which directly translates into lower latency and energy dissipation. Simulation results show that the proposed scheme has no performance degradation and achieves significant reduction in computation complexity over the existing methods.

研究の動機と目的

• 信念伝播（BP）デコーディングにおける極性符号の計算複雑性と遅延を低減すること。
• 従来のBPデコーディングの高いエネルギー消費と反復的性質に対処すること。
• 逐次取消デコーディング（SCD）の構造を活用してBPの効率を向上させること。
• 誤り訂正性能を維持したまま、BPデコーディングにおける平均反復回数と計算量を最小限に抑えること。

提案手法

• 提案手法は、部分要因グラフの凍結を導入し、SCDに類似した意思決定に基づいて要因グラフ内の特定の要因ノードを凍結する。
• 凍結により、BP反復中の有効な計算量が減少し、平均的な複雑性が低下する。
• SCDの意思決定順序とBPの並列デコーディング構造を組み合わせたハイブリッド手法を採用する。
• 凍結された部分要因グラフは反復的に更新され、収束に必要な反復回数が減少する。
• アルゴリズムは冗長または影響が小さい要因ノードを動的に同定し、収束を加速する。
• BPの並列性を維持しつつ、メッセージ伝達操作の数を削減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信念伝播デコーディングの反復的性質を軽減することで、遅延とエネルギー消費を低減できるか？
• RQ2 逐次取消デコーディングの原則を信念伝播に統合することで、複雑性を低減できるか？
• RQ3 部分要因グラフの凍結が、BPデコーディングにおける平均反復回数に与える影響は何か？
• RQ4 計算負荷を低減しても、性能の劣化を避けることができるか？

主な発見

• 提案手法は、従来の信念伝播デコーディングと同等の誤り訂正性能を達成している。
• 標準的なBPデコーディングと比較して、平均反復回数が顕著に減少している。
• 要因グラフ内の有効なメッセージ伝達操作が減少したため、計算複雑性が低減されている。
• 反復回数と計算量の削減により、遅延とエネルギー消費が低下している。