본 논문에서는 멀티미디어 기반의 해상통신을 위한 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위한 알고리즘을 제안하였다. 체크 노드 연산중에 비트 노드 연산을 수행하여 기존의 LDPC 복호 알고리즘에 비해 반복횟수를 줄일 수 있는 horizontal shuffle scheduling 알고리즘을 기반으로 하여 복호 속도를 보다 고속화 할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 기존의 체크 노드 연산은 하나의 메모리에서 값을 가져오기 때문에 체크 노드 연산과정에서 많은 지연이 발생하는데 이를 dc개의 병렬구조로 설계함으로써 체크 노드 연산과정의 지연을 줄일 수 있고 따라서 고속 복호가 가능하다. 이를 시뮬레이션 한 결과, 최대 반복 30회를 수행하였을 때 HSS 알고리즘은 326 Mbit/s, 제안한 알고리즘은 2.29 Gbit/s로 약 7배 이상의 복호 throughput을 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 멀티미디어 기반의 해상통신을 위한 DVB-S2 기반 고속 LDPC 복호를 위한 알고리즘을 제안하였다. 체크 노드 연산중에 비트 노드 연산을 수행하여 기존의 LDPC 복호 알고리즘에 비해 반복횟수를 줄일 수 있는 horizontal shuffle scheduling 알고리즘을 기반으로 하여 복호 속도를 보다 고속화 할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 기존의 체크 노드 연산은 하나의 메모리에서 값을 가져오기 때문에 체크 노드 연산과정에서 많은 지연이 발생하는데 이를 dc개의 병렬구조로 설계함으로써 체크 노드 연산과정의 지연을 줄일 수 있고 따라서 고속 복호가 가능하다. 이를 시뮬레이션 한 결과, 최대 반복 30회를 수행하였을 때 HSS 알고리즘은 326 Mbit/s, 제안한 알고리즘은 2.29 Gbit/s로 약 7배 이상의 복호 throughput을 얻을 수 있었다.
In this paper, we proposed high speed LDPC decoding algorithm based on DVB-S2 standard for applying marine communications in order to multimedia transmission. For implementing the high speed LDPC decoder, HSS algorithm which reduce the iteration numbers without performance degradation is applied. In...
In this paper, we proposed high speed LDPC decoding algorithm based on DVB-S2 standard for applying marine communications in order to multimedia transmission. For implementing the high speed LDPC decoder, HSS algorithm which reduce the iteration numbers without performance degradation is applied. In HSS algorithm, check node update units are update at the same time of bit node update. HSS can be accelerated to the decoding speed because it does not need to separate calculation of the bit nodes, However, check node calculation blocks need many clocks because of just one memory is used. Therefore, this paper proposed partial memory structure in order to reduced the delay and high speed decoder is possible. The results of the simulation, when the max number of iteration set to 30 times, decoding throughput of HSS algorithm is 326 Mbit/s and decoding speed of proposed algorithm is 2.29 Gbit/s. So, decoding speed of proposed algorithm more than 7 times could be obtained compared to the HSS algorithm.
In this paper, we proposed high speed LDPC decoding algorithm based on DVB-S2 standard for applying marine communications in order to multimedia transmission. For implementing the high speed LDPC decoder, HSS algorithm which reduce the iteration numbers without performance degradation is applied. In HSS algorithm, check node update units are update at the same time of bit node update. HSS can be accelerated to the decoding speed because it does not need to separate calculation of the bit nodes, However, check node calculation blocks need many clocks because of just one memory is used. Therefore, this paper proposed partial memory structure in order to reduced the delay and high speed decoder is possible. The results of the simulation, when the max number of iteration set to 30 times, decoding throughput of HSS algorithm is 326 Mbit/s and decoding speed of proposed algorithm is 2.29 Gbit/s. So, decoding speed of proposed algorithm more than 7 times could be obtained compared to the HSS algorithm.
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문제 정의
위성을 이용한 해상통신은 DVB-S2 기반을 둔 전송방식의 표준안에 근거를 두어야한다. 본 논문에서는 멀티미디어 기반을 둔 해상 통신에 적용키 위해 DVB-S2 전송 방식 중 LDPC(Low Density Parity Check) 복호에 비중을 두어 연구를 한다. LDPC는 차세대 통신시스템의 오류정정 방식으로 주목받고 있으며, 오류율이 거의 Shannon limit에 근접하는 오류정정 부호 기술로 현재 위성의 DVB-S2, Wibro 기반의 802.
위성을 이용한 해상통신은 DVB-S2 기반을 둔 전송방식의 표준안에 근거를 두어야 하며, 따라서 본 논문에서는 멀티미디어 기반을 둔 해상 통신에 적용키 위해 DVB-S2 전송 방식 중 LDPC 복호에 비중을 두어 연구를 하였으며, 복호기 구조에서 HSS 방식을 기반으로 보다 복호과정을 고속화할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. HSS 알고리즘은 비트 노드 연산을 체크 노드 연산 후에 수행하지 않고 체크 노드 연산 중에 수행하기 때문에 기존의 LDPC 복호 방식에 비해 반복횟수를 줄일 수 있고 고속 복호가 가능하다.
제안 방법
HSS를 적용한 LDPC 복호 알고리즘에서는 체크 노드 연산과정에서 edge메모리와 Sj메모리를 각각 하나씩 사용하였기 때문에 체크 노드 연산 과정에서 dc개의 데이터를 읽어오고 체크 노드 연산 후 다시 edge메모리와 Sj메모리에 저장하는데 지연이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하고 고속 복호를 위해 체크 노드 연산에 필요한 dc개의 데이터를 한 번에 읽어와 연산하고 한 번에 저장할 수 있는 방안인 edge 메모리와 Sj메모리를 각각 dc개로 분리하는 알고리즘을 제안하였다. 그림 5는 edge메모리와 Sj메모리를 각각 dc개로 분리한 알고리즘을 나타낸다.
이를 극복하기 위해 HSS 복호 방법을 연구하였다. HSS 방식은 기존의 방식과는 달리 체크 노드 업데이트 연산을 하면서 비트 노드 업데이트 연산을 동시에 하는 것이 가능하다.
HSS 알고리즘은 비트 노드 연산을 체크 노드 연산 후에 수행하지 않고 체크 노드 연산 중에 수행하기 때문에 기존의 LDPC 복호 방식에 비해 반복횟수를 줄일 수 있고 고속 복호가 가능하다. 이에 HSS 알고리즘을 기반으로 복호 속도를 더욱 높일 수 있는 알고리즘으로 기존의 row weight 개수수인 dc개의 직렬 구조에서 dc개의 병렬 구조로 비트 노드 메모리와 edge메모리를 나누어 체크 노드 연산을 고속으로 할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. edge메모리와 비트 노드메모리를 dc개로 나눈 제안한 알고리즘은 1회 반복에서 상대적으로 HSS 알고리즘 보다 적은 클럭이 필요하다.
이에 본 논문에서는 비트 노드 계산을 체크 노드 계산 후에 하지 않고 체크 노드 계산 중에 수행하는 HSS(Horizontal Shuffle Scheduling) 방식[5]을 기반으로 하는 복호기 구조에서 기존의 방식 보다 고속화 할 수 있는 알고리즘을 연구 하였으며, 기존의 row weight 개수인 dc개의 직렬 구조에서 dc개의 병렬 구조로 메모리를 효율적으로 설계함으로써 고속화가 가능하게끔 하였다.
대상 데이터
성능비교에 사용된 데이터는 약 100만개이고, AWGN 환경에서 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션의 한 블록의 크기는 64800이다.
성능비교에 사용된 데이터는 약 100만개이고, AWGN 환경에서 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션의 한 블록의 크기는 64800이다. 기존의 방식은 반복 횟수를 고정 하였고, HSS 방식은 반복 횟수를 조정하면서 성능을 비교하였다.
성능/효과
edge메모리와 Sj메모리를 dc개로 나눈 알고리즘과 기존의 HSS 알고리즘의 성능을 비교한 결과 거의 비슷한 성능을 보임을 알 수 있다. 이는 제안한 알고리즘으로 성능의 열화없이 고속 LDPC 복호를 구현할 수 있다는 것을 나타낸다
기존의 방식은 반복 횟수를 고정 하였고, HSS 방식은 반복 횟수를 조정하면서 성능을 비교하였다. 성능 비교 결과 기존의 방식과 HSS 방식의 반복 횟수 30회에서 거의 비슷한 성능을 보임을 알 수 있다. 이는 HSS 방식을 사용할 때, 한 번의 반복에서의 속도 증가 효과가 있음과 동시에 반복 횟수 역시 줄일 수 있으며, 기존의 방식에 비해 성능 열화도 거의 발생하지 않음을 의미한다.
edge메모리와 Sj메모리를 dc개로 나눈 알고리즘과 기존의 HSS 알고리즘의 성능을 비교한 결과 거의 비슷한 성능을 보임을 알 수 있다. 이는 제안한 알고리즘으로 성능의 열화없이 고속 LDPC 복호를 구현할 수 있다는 것을 나타낸다
이에 비해 제안한 알고리즘에서는 1회 반복에 94 클럭이 필요하고 최대 반복 시 2820 클럭이 소요된다. 이에 따라 10ns에서 throughput을 계산하였을 때 HSS 알고리즘은 326 Mbit/s, 제안한 알고리즘에서는 2.29 Gbit/s로 HSS 알고리즘에 비해 약 7배의 throughput을 얻었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
LDPC 복호과정이란?
LDPC 복호과정은 전송된 심벌을 비트 노드와 체크 노드에서 각각의 확률값을 구하여 반복을 통해 전송된 비트를 결정하는 것이다. 전체적인 복호 과정은 그림 1과 같다.
DVB-S2 기반 LDPC 복호 알고리즘의 세 가지 단계는 무엇인가?
DVB-S2 기반 LDPC 복호 알고리즘은 수신비트에 채널 추정 값을 구하는 초기화 과정, 체크 노드 확률을 구하는 CNU(Check Node Update) 과정, 비트 노드 확률을 구하는 BNU(Bit Node Update) 과정으로 총 세 가지 단계로 나눌 수 있다.
기존 LDPC 복호기의 어떠한 문제를 극복하기 위해 HSS 복호 방법을 연구하였는가?
체크 노드 업데이트 후 다시 각각의 비트 노드에 대해 업데이트를 하고, 이러한 연산을 계속 반복한다. 기존의 복호 방식에 의해 체크 노드 업데이트 연산이 모두 끝난 후 비트 노드 업데이트를 하기 때문에 한번의 반복에도 많은 지연이 발생하여 고속의 LDPC 복호를 할 수 없다
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