[论文解读] Optimal Projection Method in Sphere Decoding

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

Cellular Automata and Applications被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于投影的新方法，可消除球面译码算法中的冗余计算，显著降低计算复杂度，且不改变译码路径或输出。通过识别并跳过未使用的递归计算，该方法在高维格点中实现高达75%的复杂度降低——例如，在维度60时，复杂度降低至25%。

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.

研究动机与目标

• 识别并消除递归球面译码算法中的冗余计算。
• 在不改变译码路径或最终结果的前提下降低计算复杂度。
• 开发一种通用的附加方法，适用于格点和有限星座。
• 在保持精确译码行为的同时提升效率。

提出的方法

• 提出一种最优投影方法，识别并跳过球面译码中冗余的递归计算。
• 将该方法应用于Fincke-Pohst和Schnorr-Euchner球面译码策略的所有变体。
• 采用基于投影的剪枝技术，避免计算在译码过程中永远不会使用的值。
• 设计算法以保持节点访问的原始顺序和译码结果。
• 提供伪代码，可立即应用于各种格点和星座配置。
• 将该方法普遍应用于基于格点和基于有限星座的信号检测。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统性地识别并消除递归球面译码中的冗余计算？
• RQ2 在不改变译码性能或路径的前提下，复杂度最多可降低多少？
• RQ3 能否开发一种通用附加方法，适用于所有标准球面译码变体？
• RQ4 复杂度降低如何随格点维度增加而变化？
• RQ5 在高维系统中可实现的性能增益是多少？

主要发现

• 所提方法在高维格点中将计算复杂度降低高达75%，在维度60时复杂度降低至25%。
• 复杂度降低随格点维度线性增加，表明具有稳定的可扩展性。
• 所有译码结果和节点访问顺序与原始算法完全相同，确保正确性。
• 该方法无需修改即可普遍适用于格点和有限星座。
• 提供的伪代码可立即在各种球面译码框架中实现。
• 该方法在不损失任何译码精度或路径保真度的前提下实现显著性能提升。