[論文レビュー] Reliability-Based Windowed Decoding for Spatially-Coupled LDPC Codes

Peng Kang, Yixuan Xie+2 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2018

Error Correcting Code Techniques参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、空間的結合されたLDPC符号の信頼性に基づくウィンドウ付きデコード（RBWD）方式を提案する。この方式は、デコードウィンドウ間で完全な変数ノードからのみ信頼性の高いメッセージを予約し、部分的シンディームチェック停止ルールを適用することで、誤りフロア性能を向上させる。この手法は、完全ブロックデコード（FBD）と比較して0.1 dB以内のビット誤り率性能を達成しつつ、顕著に低いデコード複雑性を実現する。

ABSTRACT

In this letter, we propose a reliability-based windowed decoding scheme for spatially-coupled (SC) low-density parity-check (LDPC) codes. To mitigate the error propagation along the sliding windowed decoder of the SC LDPC codes, a partial message reservation (PMR) method is proposed where only the reliable messages generated in the previous decoding window are reserved for the next decoding window. We also propose a partial syndrome check (PSC) stopping rule for each decoding window, in which only the complete VNs are checked. Simulation results show that our proposed scheme significantly improves the error floor performance compared to the sliding windowed decoder with the conventional weighted bit-flipping (WBF) algorithm.

研究の動機と目的

• 信頼性の低いメッセージ伝搬が原因で生じる、空間的結合されたLDPC符号のスライディングウィンドウデコードにおける高い誤りフロアを是正すること。
• 完全ブロックデコード（FBD）に近い性能を維持しつつ、デコード複雑性を低減すること。
• デコードウィンドウ間のメッセージ伝達の信頼性を、信頼性の高いメッセージのみを一時的に保持することで向上させること。
• 完全な変数ノード（VNs）にのみ依存する部分的シンディームチェック停止ルールを導入し、収束性を向上させ、誤りフロアを低減すること。

提案手法

• 隣接するデコードウィンドウ間で、完全な変数ノード（VNs）からのみメッセージを保持する部分的メッセージ予約（PMR）メカニズムを導入する。
• 完全なVNsに関係するパリティーチェック式のみを検証する部分的シンディームチェック（PSC）停止ルールを適用し、誤った収束を低減する。
• 固定ウィンドウサイズWを有するスライディングウィンドウデコーダーを用い、タンナーグラフに沿ってウィンドウをシフトすることで、符号語を段階的にデコードする。
• 低複雑性デコードのため、ハードデシジョン加重ビットフラッピング（WBF）アルゴリズムを採用し、信頼性に基づくメッセージ選択により誤った情報を伝搬しないようにする。
• 「完全なVNs」とは、そのすべてのチェックノード隣接ノードが現在のデコードウィンドウ内にあるノードを定義する。これにより、メッセージの信頼性が保証される。
• 完全なVNsのシンディーム方程式のみをチェックする停止基準を導入することで、デコードの正確性を向上させ、誤りフロアを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SC-LDPC符号のウィンドウ付きデコードにおけるメッセージ伝搬を、誤りフロアを低減できるように信頼性を高めることは可能か？
• RQ2 デコードウィンドウ間でメッセージを部分的に予約することで、複雑性を増加させずに性能を向上させることは可能か？
• RQ3 完全なVNsにのみ依存する部分的シンディームチェック停止ルールが、デコード収束性を向上させ、誤りフロアを低減するか？
• RQ4 信頼性に基づくウィンドウ付きデコード方式は、完全ブロックデコードにどの程度近づけるか？

主な発見

• 提案されたRBWD方式は、WBFを用いた従来のスライディングウィンドウデコードと比較して、誤りフロアを顕著に低減した。
• RBWDのビット誤り率（BER）性能は、複数のSNR領域において完全ブロックデコード（FBD）と0.1 dB以内の差に収束した。
• 長さ38024（7,49）のSC-LDPC符号において、RBWDは6 dBのEb/N0で平均反復回数が8回にとどまったが、MBF-PMRでは17回、SBF-PMRでは18回であった。
• 本手法は、高次数および低次数のSC-LDPC符号（例：（3,6）正則）を含むさまざまな符号構造においても高い性能を維持した。
• 部分的シンディームチェック（PSC）停止ルールにより、特にウォーターフォール領域および誤りフロア領域での誤りフロアがさらに低減された。
• 高SNR領域において、ベースラインのWBF方式と比較して、平均更新回数が50％削減された。これは、デコード複雑性が低いことを示している。