본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 '${\alpha}$'를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인 CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 "0"을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다.
본 논문은 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 하기 위한 효율적인 CNU(Check Node Update) 계산방식에 대해 분석하였다. LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다. LUT 연산을 제거한 MS(Min-Sum) 방식에 정규화 계수 '${\alpha}$'를 곱하는 Normalized Min-Sum(NMS) 방식은 MP 방식보다 성능은 약간 감소하지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있어 구현에 있어서 고속화를 위한 효율적인 CNU 계산방식이다. 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지에 "0"을 할당하는 SC(Self-Corrected) 방식을 연구하였다. SC-NMS 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려했을 때, SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산 방식이라는 것을 확인하였다.
In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) th...
In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) that is critical path in LDPC decoding speed. A new SC-NMS (Self-Corrected Normalized Min-Sum) method is proposed in the paper. NMS needs only normalized scaling factor instead of LUT and compensates the overestimation of MP approximation. In addition, SC method is proposed. It gives a faster convergence toward a decoded codeword. If a message change its sign between two iterations, it is not reliable and to avoid to propagate noisy information, its module is set to 0. The performance of SC-NMS has a little degrade compare to MP by 0.1 dB, however considering computational complexity and decoding speed, SC-NMS algorithm is optimal method for CNU algorithm.
In this paper, efficient CNU(Check Node Update) algorithms are analyzed for high speed LDPC decoding in DVB-S2 standard. In aspect to CNU methods, there are some kinds of CNU methods. Among of them, MP (Min Product) method is quite often used in LDPC decoding. However MP needs LUT (Look Up Table) that is critical path in LDPC decoding speed. A new SC-NMS (Self-Corrected Normalized Min-Sum) method is proposed in the paper. NMS needs only normalized scaling factor instead of LUT and compensates the overestimation of MP approximation. In addition, SC method is proposed. It gives a faster convergence toward a decoded codeword. If a message change its sign between two iterations, it is not reliable and to avoid to propagate noisy information, its module is set to 0. The performance of SC-NMS has a little degrade compare to MP by 0.1 dB, however considering computational complexity and decoding speed, SC-NMS algorithm is optimal method for CNU algorithm.
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문제 정의
본 논문의 Ⅱ절에서 DVB-S2 규격 LDPC 복호방법에 대해 간략하게 설명하고 Ⅲ절에서 NMS를 적용한 CNU 계산 방식에 대해 알아보겠다. Ⅳ절에서 SC CNU 계산 방식에 대해 알아보고Ⅴ절에서 SC 방식을 적용한 SP 방식, NMS 방식, MS방식에 대한 성능을 비교 분석하겠다.
LDPC 복호과정에서 CNU 계산을 보다 효율적으로 하여 성능을 개선시킬 수 있는 방안으로 SC 방식을 연구하였다. LDPC 복호는 각각의 부호화율에 따라 각기 다른 반복횟수만큼 반복을 하여 마지막 반복이 끝났을 때 최종 데이터를 얻게 된다.
본 논문에서는 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위해 복호과정의 효율적인 CNU 계산방식에 대해 알아보았다. 절대 값 연산과 비교 연산 후 offset을 빼는 SP방식은 고속화를 위해 클럭의 주기를 짧게 하면 CNU에서 critical path가 발생하게 된다.
제안 방법
[5] 또한, 복호과정에서 반복 시 이전 반복에서의 엣지 값과 현재 반복에서의 엣지 값을 비교하여 부호가 바뀌면 신뢰성이 없음을 간주하여 현재 엣지 값에 “0”을 할당하는 SC(Self- Corrected) 방식을 연구하였다.
본 논문의 Ⅱ절에서 DVB-S2 규격 LDPC 복호방법에 대해 간략하게 설명하고 Ⅲ절에서 NMS를 적용한 CNU 계산 방식에 대해 알아보겠다. Ⅳ절에서 SC CNU 계산 방식에 대해 알아보고Ⅴ절에서 SC 방식을 적용한 SP 방식, NMS 방식, MS방식에 대한 성능을 비교 분석하겠다. 그리고 Ⅵ절에서 결론을 맺는다.
NMS 방식에서 CNU 출력은 정규화 계수 ‘α’에 의해 결정되기 때문에 가장 적합한 'α' 값을 찾기 위해 ‘α’값이 0.875, 0.75, 0.5 일 때의 성능을 비교해 보았다.
그리고 반복과정에서 이전 반복에서의 엣지 값이 현재의 엣지 값과 비교하여 부호가 다르면 신뢰할 수 없는 신호라고 판단하여 현재 엣지 값을 “0”으로 주는 SC 방식을 적용하여 시뮬레이션 하였다.
성능/효과
부호화율 1/2, N 사이즈는 64800에서 기존의 SP 방식, NMS 방식, MS 방식과 각각에 SC 방식을 적용하여 시뮬레이션 한 성능을 비교하여 그림 5에서 그림 7에 나타내었다. 전체적으로 세 가지 방식에 SC 방식을 적용함으로써 신뢰할 수 없는 신호에 대해 더 효율적으로 CNU 계산을 하기 때문에 성능이 개선됨을 확인할 수 있다.
그림 6은 MS 방식과 SC 방식을 적용한 MS 방식에 대한 성능을 비교한 그림이다. SC 방식을 적용하여 약 0.5dB의 성능이 개선됨을 확인하였다.
그림 7은 NMS 방식과 NMS방식에 SC 방식을 적용하여 성능을 비교한 그림이다. NMS 방식도 MS방식과 마찬가지로 SC 방식을 적용하였을 때 약 0.5dB의 성능이 개선됨을 알 수 있다.
절대 값 연산과 비교 연산 후 offset을 빼는 SP방식은 고속화를 위해 클럭의 주기를 짧게 하면 CNU에서 critical path가 발생하게 된다. NMS 방식은 SP 방식에 비해 약 0.5dB의 성능 열화를 보이지만 critical path를 없애고 클럭 주기를 줄일 수 있기 때문에 구현에 있어서 고속화를 위해 더 효율적임을 보였다. 그리고 반복과정에서 이전 반복에서의 엣지 값이 현재의 엣지 값과 비교하여 부호가 다르면 신뢰할 수 없는 신호라고 판단하여 현재 엣지 값을 “0”으로 주는 SC 방식을 적용하여 시뮬레이션 하였다.
그리고 반복과정에서 이전 반복에서의 엣지 값이 현재의 엣지 값과 비교하여 부호가 다르면 신뢰할 수 없는 신호라고 판단하여 현재 엣지 값을 “0”으로 주는 SC 방식을 적용하여 시뮬레이션 하였다. SP 방식, MS 방식, NMS 방식에 SC 계산 방식을 적용하여 성능을 비교한 결과, SP 방식, MS 방식 그리고 NMS 방식에 SC 방식을 적용하였을 때 약 0.1dB ~ 0.5dB의 성능이 개선됨을 확인하였다. NMS방식에 SC 방식을 적용한 SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.
5dB의 성능이 개선됨을 확인하였다. NMS방식에 SC 방식을 적용한 SC-NMS 방식은 SP 방식에 비해 0.1dB의 성능 열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려하였을 때 SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산방식이라는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 CNU 계산방식은 향후 DVB-S2 기반 LDPC 복호의 고속화를 위해 유용한 자료가 되리라 사료된다.
후속연구
1dB의 성능 열화를 보였지만, 계산의 복잡도와 복호 속도를 고려하였을 때 SC-NMS 방식이 최적의 CNU 계산방식이라는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 CNU 계산방식은 향후 DVB-S2 기반 LDPC 복호의 고속화를 위해 유용한 자료가 되리라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초고속 위성 방송 전송을 위해 고속 변복조 및 채널 부복호화의 고속화 등 전송기술고도화를 위해 고속화에 대한 관심이 집중되고 있는 이유는?
서비스의 연속성이 보장되고 채널을 효율적으로 사용할 수 있는 초고화질 다채널 실감 방송 서비스를 전국단위로 제공하기 위한 100Mbps급 이상의 초고속 위성방송 전송 기술 및 차세대 위성 방송 확보를 위해 기반기술의 개발이 시급한 실정이다. 따라서 초고속 위성 방송 전송을 위해 고속 변복조 및 채널 부복호화의 고속화 등 전송기술고도화를 위해 고속화에 대한 관심이 집중되고 있다.
기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 어떤 단점이 있는가?
LDPC의 복호 속도는 CNU 계산 과정에 의존한다. 기존의 CNU 계산방식에서 LUT를 고려한 SP(Sum-Product)방식은 속도가 늦어지는 단점이 있다. 이에 본 논문에서는 SC-NMS(Self-Corrected Normalized Min-Sum) 방식을 제안한다.
광대역 위성 방송에 적용될 수 있는 오류 정정 부호는 무엇에 적합한가?
광대역 위성 방송에 적용될 수 있는 오류 정정 부호는 고속 데이터 전송에 효율적이고 성능이 우수한 복호기의 적용이 필수 불가결하며, 이는 DVB-S2에서 제시된 LDPC 부호화 방식이 초고화질 다채널 실감 방송 서비스를 전국 단위로 제공하기 위한 100Mbps급 이상의 초고속 위성방송 전송기술로 적합하다. 유럽식 위성방송 표준안인 DVB-S2에 적용되는 샤논의 채널 용량 한계에 근접한 LDPC 부호는 터보 부호에 비해 복호화의 복잡도가 낮을 뿐 아니라 좋은 거리 특성으로 오류마루 현상이 나타나지않고, 완전병렬 처리로고속 처리가가능한 장점이 있다.
참고문헌 (6)
R. G. Gallager, "Low-Density Parity-Check Codes," IRE trans. information theory, vol.8, PP.21-28, 1962.
Digital Video Broadcasting(DVB). "Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2)." European Standard (Telecommunications series) ETSI EN 302 307 V1.2.1(2009-08), 2009.
Xiao-Yu Hu, E. Eleftheriou, D.-M. Arnold, and A. Dholakia, "Efficient implementations of the sumproduct algorithm for decoding LDPC codes." In Global Telecommunications Conference, 2001. GLOBECOM' 01. IEEE, volume 2, pages 1036-1036E vol.2, 2001.
J. Dielissen, A. Hekstra, and V. Berg. "Low cost LDPC decoder for DVB-S2." In design, Automation and Test in Europe, 2006. DATE'06. Proceedings, volume 2, pages 1-6, Munich, Germany, March 2006.
V. Savin. "Self-corrected min-sum decoding of LDPC codes." Pages 146-150,2008.
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