[論文レビュー] Optimal Projection Method in Sphere Decoding

Arash Ghasemmehdi, Erik Agrell|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2009

Cellular Automata and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、再帰的球体デコーディングアルゴリズムにおける余分な計算を排除する新規な射影ベースの手法を提案する。この手法により、デコーディングパスや出力に変更を加えずに計算複雑度を顕著に低減できる。未使用の再帰的計算を特定しスキップすることで、高次元格子では最大75％の複雑度低減が達成される—例えば次元60では複雑度が25％にまで低下する。

ABSTRACT

An entirely different approach to complexity reduction in sphere decoders is taken. Here we demonstrate that most of the calculations in the standard algorithms are in fact redundant in the sense that the calculated values are never used. This applies to all recursive sphere decoder algorithms, including the numerous variations of the Fincke-Pohst and Schnorr-Euchner strategies. We propose a method, which is applicable to lattices as well as finite constellations, to avoid these redundant calculations, thus reducing the complexity. We emphasize that the algorithms otherwise perform exactly as before, visiting the same points in the same order, and returning the same result. Pseudocode is given to facilitate immediate implementation. In simulation results, it is shown that the relative complexity gain with the proposed add-on goes up linearly as the dimension of the lattice increases. For instance, the complexity is reduced to one fourth for lattices at dimension sixty.

研究の動機と目的

• 再帰的球体デコーディングアルゴリズムにおける余分な計算を特定・排除すること。
• デコーディングパスや最終結果に影響を与えることなく計算複雑度を低減すること。
• 格子および有限コンステレーションに適用可能な汎用的な追加モジュールを開発すること。
• 正確なデコーディング動作を維持しつつ効率を向上させること。

提案手法

• 球体デコーディングにおける余分な再帰的計算を特定・スキップする最適な射影手法を導入する。
• フィンケ・ポストおよびシュノール＝エーチナーの球体デコーディング戦略のあらゆる変種にこの手法を適用する。
• 計算結果がデコーディングプロセスで一切使われない値の計算を回避するため、射影ベースの刈り込み技術を用いる。
• ノードの訪問順序とデコーディング結果が元のアルゴリズムと同一になるようにアルゴリズムを設計する。
• さまざまな格子およびコンステレーション構成に即座に実装可能な疑似コードを提供する。
• 格子ベースおよび有限コンステレーションベースの信号検出に、この手法を普遍的に適用可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再帰的球体デコーディングにおける余分な計算を体系的かつ効果的に特定・排除する方法は何か？
• RQ2 デコーディング性能やパスを変更せずに、複雑度をどの程度まで低減できるか？
• RQ3 すべての標準的球体デコーディングバリアントに適用可能な汎用的な追加手法を開発できるか？
• RQ4 格子次元の増加に伴い、複雑度低減はどのようにスケーリングするか？
• RQ5 高次元システムにおいて、実現可能な性能向上はどの程度か？

主な発見

• 提案手法により、高次元格子では計算複雑度を最大75％まで低減でき、次元60では複雑度が25％にまで低下する。
• 複雑度低減は格子次元に比例して線形に増加するため、一貫したスケーラビリティを示している。
• すべてのデコーディング結果およびノード訪問順序が元のアルゴリズムと同一であり、正しさが保証される。
• 変更なしに、格子および有限コンステレーションの両方に対して普遍的に適用可能である。
• 提示された疑似コードにより、さまざまな球体デコーディングフレームワークへの即時実装が可能である。
• デコーディング精度やパス忠実度に損失を生じさせることなく、顕著な性能向上を達成している。