[论文解读] Decoder Error Propagation Mitigation for Spatially Coupled LDPC Codes

Min Zhu, David G. M. Mitchell+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2020

Error Correcting Code Techniques参考文献 11被引用 8

一句话总结

本文提出可变节点（VN）掺杂技术以及基于对数似然比的窗口扩展算法，以缓解空间耦合低密度奇偶校验（SC-LDPC）码滑动窗口译码（SWD）中的译码错误传播问题。VN掺杂通过将选定的可变节点固定为已知值，实现在不改变译码窗口形状的前提下恢复错误，而窗口扩展则在检测到低可靠性时动态增加窗口大小。两种方法均使误比特率（BER）和误块率（BLER）性能提升达两个数量级，且窗口扩展在不损失性能的前提下将平均译码延迟降低约1/3。

ABSTRACT

In this paper, we introduce two new methods of mitigating decoder error propagation for low-latency sliding window decoding (SWD) of spatially coupled low density parity check (SC-LDPC) codes. Building on the recently introduced idea of \emph{check node (CN) doping} of regular SC-LDPC codes, here we employ variable node (VN) doping to fix (set to a known value) a subset of variable nodes in the coupling chain. Both of these doping methods have the effect of allowing SWD to recover from error propagation, at a cost of a slight rate loss. Experimental results show that, similar to CN doping, VN doping improves performance by up to two orders of magnitude compared to undoped SC-LDPC codes in the typical signal-to-noise ratio operating range. Further, compared to CN doping, VN doping has the advantage of not requiring any changes to the decoding process.In addition, a log-likelihood-ratio based window extension algorithm is proposed to reduce the effect of error propagation. Using this approach, we show that decoding latency can be reduced by up to a significant fraction without suffering any loss in performance.

研究动机与目标

• 解决低延迟滑动窗口译码（SWD）空间耦合低密度奇偶校验（SC-LDPC）码中的译码错误传播问题。
• 开发一种无需修改译码窗口形状即可实现错误恢复的码设计方法。
• 提出一种动态窗口扩展算法，能够根据译码过程中的可靠性条件自适应调整。
• 在不改变译码过程的前提下，实现与校验节点掺杂相当的性能增益。

提出的方法

• 通过将耦合链中部分可变节点固定为已知值，引入可变节点（VN）掺杂技术，提升SWD过程中的错误恢复能力。
• 采用基于对数似然比（LLR）的窗口扩展算法，当平均LLR幅值低于阈值时增加窗口大小。
• 使用动态窗口大小控制机制：若在当前窗口中检测到低可靠性，则增加两个新块并以扩展后的窗口重新开始译码。
• 保持原有的BP洪泛调度方式与译码窗口结构，确保与标准SWD的兼容性。
• 仅在必要时应用窗口扩展算法，以最小化延迟开销。
• 结合VN掺杂与窗口扩展，实现鲁棒的错误传播抑制，同时仅对系统级结构进行最小改动。

实验结果

研究问题

• RQ1 可变节点掺杂是否能在不改变译码窗口形状的前提下，有效缓解SC-LDPC码SWD中的错误传播？
• RQ2 在性能与实现复杂度方面，VN掺杂与校验节点掺杂相比有何差异？
• RQ3 动态窗口扩展算法是否能在保持或提升误码性能的同时降低译码延迟？
• RQ4 窗口大小及动态自适应机制对SC-LDPC码SWD中BER与BLER的影响如何？

主要发现

• 与未掺杂的SC-LDPC码相比，VN掺杂在典型信噪比（SNR）工作点下，可使BER和BLER性能提升高达两个数量级。
• 尽管无需修改窗口形状，VN掺杂带来的性能增益几乎与校验节点掺杂相当。
• 对于初始窗口大小W=9的窗口扩展，相比未使用扩展的W=18，平均译码延迟降低约1/3。
• 在W=9时，窗口扩展可实现与未扩展的W=18相当的BER和BLER性能，证明了在不损失性能的前提下显著降低了延迟。
• VN掺杂与窗口扩展的结合可在保持低延迟运行的同时，实现对错误传播的鲁棒抑制。