[논문 리뷰] Reliability-Based Windowed Decoding for Spatially-Coupled LDPC Codes

Peng Kang, Yixuan Xie외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 08.

Error Correcting Code Techniques참고 문헌 10인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 오류 플로어 성능을 햖스르기 위해 완전한 변수 노드에서 유일하게 신뢰할 수 있는 메시지만을 복수의 디코딩 윈도우 간에 유지하고, 부분적 심판 검사 정지 규칙을 적용함으로써 공간적으로 결합된 LDPC 코드를 위한 신뢰성 기반 윈도우 디코딩(RBWD) 기법을 제안한다. 이 방법은 훨씬 낮은 디코딩 복잡도로 전체 블록 디코딩(FBD)에 비해 0.1 dB 이내의 비트 오류율 성능을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 신뢰할 수 없는 메시지 전파로 인해 공간적으로 결합된 LDPC 코드의 슬라이딩 윈도우 디코딩에서 발생하는 높은 오류 플로어 문제를 해결하기 위해.
• 전체 블록 디코딩(FBD)에 가까운 성능를 유지하면서도 디코딩 복잡도를 줄이기 위해.
• 디코딩 윈도우 간 메시지 전달의 신뢰성을 높이기 위해 유일하게 신뢰할 수 있는 메시지만을 선택적으로 유지함으로써.
• 완전한 변수 노드(Complete VNs)에만 기반한 부분적 심판 검사 정지 규칙을 도입하여 수렴성을 향상시키고 오류 플로어를 감소시키기 위해.

제안 방법

• 연속된 디코딩 윈도우 간에 완전한 변수 노드(즉, 완전한 VNs)에서 유래한 메시지만을 유지하는 부분적 메시지 예약(PMR) 메커니즘을 도입한다.
• 완전한 VNs에 관련된 파리티 검사 식만을 검증하는 부분적 심판 검사(PSC) 정지 규칙을 적용하여 가짜 수렴을 줄인다.
• 고정된 윈도우 크기 W를 가진 슬라이딩 윈도우 디코더를 사용하여 타너 그래프를 따라 코드워드를 점진적으로 디코딩한다.
• 저복잡도 디코딩을 위해 하드 디시전 가중치 기반 비트 뒤집기(WBF) 알고리즘을 활용하며, 신뢰성 기반 메시지 선택을 통해 잘못된 정보의 전파를 방지한다.
• 완전한 VNs를 현재 디코딩 윈도우 내에 있는 모든 체크 노드 이웃을 포함하는 노드로 정의하여 메시지의 신뢰성을 보장한다.
• 완전한 VNs의 심판 식만을 검사하는 정지 기준을 도입하여 디코딩 정확도를 향상시키고 오류 플로어를 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SC-LDPC 코드의 윈도우 디코딩에서 메시지 전파를 더 신뢰성 있게 만들면 오류 플로어를 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ2 디코딩 윈도우 간에 메시지를 선택적으로 예약하면 복잡도 증가 없이 성능 향상을 이룰 수 있는가?
• RQ3 완전한 VNs에만 기반한 부분적 심판 검사 정지 규칙이 디코딩 수렴성 향상과 오류 플로어 감소에 기여하는가?
• RQ4 신뢰성 기반 윈도우 디코딩 기법이 전체 블록 디코딩 성능에 얼마나 가까이 접근할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 RBWD 기법은 WBF를 사용하는 전통적인 슬라이딩 윈도우 디코딩에 비해 오류 플로어를 크게 감소시킨다.
• RBWD의 비트 오류율(BER) 성능은 여러 신호 대 잡음비(SNR) 영역에서 전체 블록 디코딩(FBD)에 비해 0.1 dB 이내에 머무른다.
• 길이 38024(7,49)인 SC-LDPC 코드의 경우, RBWD는 6 dB Eb/N0에서 평균 반복 수가 오직 8회에 불과한 반면, MBF-PMR는 17회, SBF-PMR는 18회를 기록한다.
• 이 방법은 고도수 및 저도수 SC-LDPC 코드(예: (3,6)-정규)를 포함한 다양한 코드 구조에서 높은 성능를 유지한다.
• 부분적 심판 검사(PSC) 정지 규칙은 워터폴 및 오류 플로어 영역에서 오류 플로어를 추가로 감소시킨다.
• 고 SNR 영역에서 기준 WBF 기법 대비 평균 업데이트 수를 50% 감소시켜 더 낮은 디코딩 복잡도를 달성한다.