[論文レビュー] Parallel Decoders of Polar Codes

Bin Li, Hui Shen+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 4, 2013

Error Correcting Code Techniques被引用数 28

ひとこと要約

本稿では、元のコードの1/Mのサイズのサブブロック上で並列に動作するM=2^m個のコンポーネントデコーダを用いた、極性符号の並列デコーダを提案する。この手法は、従来のデコーディングとほぼ同一の誤り率性能を達成するとともに、M倍の高速化を実現し、高スループット応用における効率的なハードウェア実装を可能にする。

ABSTRACT

In this letter, we propose parallel SC (Successive Cancellation) decoder and parallel SC-List decoder for polar codes. The parallel decoder is composed of M=2^m(m>=1) component decoders working in parallel and each component decoder decodes a Polar code of a block size of 1/M of the original Polar code. Therefore the parallel decoder has M times faster decoding speed. Our simulation results show that the parallel decoder has almost the same error-rate performance as the conventional non-parallel decoder.

研究の動機と目的

• 高スループット応用における極性符号の逐次キャンセレーション（SC）デコーディングの高遅延を解消すること。
• 誤り率性能を損なわず、より高速なデコーディングを実現すること。
• ハードウェア展開に適したスケーラブルで並列化可能なデコーディングアーキテクチャの設計。
• 大幅なデコーディング遅延の短縮を実現しながら、ほぼ最適な性能を維持すること。

提案手法

• 並列デコーダは、元の極性符号をM=2^m個のサブコードに分割し、各サブコードをコンポーネントデコーダが独立してデコードする。
• 各コンポーネントデコーダは、元のブロック長Nの1/Mのサイズのサブブロックを処理する。
• コンポーネントデコーダは並列に動作するため、合計デコーディング遅延がM分の1に短縮される。
• 各サブブロックでは、標準のSCまたはSC-Listデコーディングアルゴリズムが使用され、コード構造に変更は加えない。
• サブブロック間の依存関係は、コード分割およびインタリーブの設計を細かく最適化することで管理される。
• この手法は極性符号の構造とデコーディング特性を保持するため、性能の一貫性が保証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 誤り率性能を劣化させることなく、極性符号デコーディングを並列化することで高速化できるか？
• RQ2 ほぼ最適な性能を維持しつつ、並列デコーディングによる最大の高速化はどの程度達成できるか？
• RQ3 並列デコーダの誤り率性能は、従来のSCおよびSC-Listデコーディングと比べてどのように異なるか？
• RQ4 サブブロックサイズおよび並列デコーダの数が、デコーディング遅延と性能に与える影響は何か？
• RQ5 提案された並列アーキテクチャは、リアルタイム応用に適したハードウェア実装が可能か？

主な発見

• 並列SCデコーダは、従来のSCデコーディングと比較して性能損失が無視できるほど小さく、M倍の高速化を達成する。
• 並列SC-Listデコーダは、元のリストデコーディング手法とほぼ同一の誤り率性能を維持する。
• シミュレーション結果から、並列デコーダの誤り率性能が非並列ベースラインとほとんど区別できないことが確認された。
• 提案されたアーキテクチャは、5Gや帯域幅集約型応用に適した高スループットデコーディングを可能にする。
• この手法はスケーラブルであり、M=2^mの任意の値に最小限の設計変更で拡張可能である。
• 並列実行下でも、極性符号の容量近接特性が保持される。