[논문]홀로그래픽 저장장치를 위한 수정된 로그-유사도비를 이용한 LDPC-LDPC 곱부호

정성권; 이재진

doi:10.5573/ieie.2017.54.6.17

[국내논문] 홀로그래픽 저장장치를 위한 수정된 로그-유사도비를 이용한 LDPC-LDPC 곱부호
LDPC-LDPC Product Code Using Modified Log-likelihood Ratio for Holographic Storage System 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.6 = no.475, 2017년, pp.17 - 21

정성권 (숭실대학교 정보통신소재융합학과) , 이재진 (숭실대학교 전자정보공학부)

초록
AI-Helper

홀로그래픽 데이터 저장장치는 높은 데이터 전송률과 저장용량이 매우 크기 때문에 차세대 저장장치 후보 중 하나이다. 하지만 홀로그래픽 데이터 저장장치의 오류요인으로는 인접 페이지간 간섭 및 2차원 인접 심볼간 간섭이 있다. 또한 물리적 영향에 의해 발생되는 연집오류가 있다. 본 논문에서는 이러한 연집오류를 정정하고 성능을 향상시키기 위해 수정된 로그-우도비값과 부가적 정보를 반복적으로 사용하는 방식을 제안한다. 제안하는 LDPC 곱부호는 일반적인 LDPC 부호와 비교하여 BER이 $10^{-5}$일 때, 약 0.5dB 성능 향상을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Since holographic data storage has the advantage of high recording density and data transfer rate, it is a candidate for the next generation storage systems. However, Holographic data storage system is affected by interpage interference and two dimensional intersymbol interference. Also, burst error occurs by physical impact. In this paper, we propose an LDPC product code using modified log-likelihood ratio and extrinsic information to correct burst error and improve performance of holographic data storage. The performance of proposed LDPC product code is 0.5dB better than that of the conventional LDPC code.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 홀로그래픽 저장장치에서 부가정보를 사용한 LDPC-LDPC 곱부호 방식을 제안한다. 곱부호는 긁힘 혹은 물리적인 충격에 의해 발생하는 연집오류를 해결하는 방식으로 사용되었으나, 2차원 ISI, IPI, 어긋남 등의 오류요인에 대해서도 오류를 정정할 수 있다.

가설 설정

여기서 d[p, q]는 채널을 통과하기 전의 2차원 입력 데이터이며, n[p, q]는 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise, AWGN)이다. 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)를 통해 채널의 잡음을 가정하였으며, SNR은 10log₁₀(1/#)로 정의하였다. 이 때 #는 AWGN의 전력을 나타낸다.

제안 방법

본 논문에서는 가로방향과 세로방향의 LDPC 디코더에서 나온 디코딩값을 이용하여 오류를 판단하고, LDPC 디코더간에 부가정보(extrinsic information)을 전달하는 과정을 통해 성능을 향상시키는 방식을 제안한다.

대상 데이터

본 논문에서는 제안하는 LDPC 곱부호를 위해 가로와 세로 방향의 모두 (4336, 4096) LDPC 부호를 사용하였다. 곱 부호의 최종 코드율은 약 0.
한 페이지는 1084×1084 픽셀로 구성되어있으며 총 10페이지에 대하여 실험하였다. 해당 실험에서는 IPI는 고려하지 않았다.

데이터처리

892이다. 또한 제안된 곱부호의 성능을 알아보고자 (4336, 3856) LDPC 부호를 하나만 사용한 오류정정부호와 비교하였다. 이것의 코드율은 약 0.
채널의 부분응답(partial response)은 수평 방향 PR(1, 3, 1), 수직 방향 PR(1, 3, 1) 신호를 사용하였다. 향상된 신호검출을 실행하기 위해 최대유사도(maximum -likelihood) 검출기는 2차원 SOVA를 사용하였다.

이론/모형

CCD(charge-coupled device)를 이용한 형상의 HDS의 채널 모델링을 사용하였으며, (x, y)의 연속적인 PSF(point spread function)은 다음과 같다^[19～20].
889이다. LDPC 디코더에서 디코딩 알고리즘은 sum-product algorithm을 이용하였으며, LDPC 디코딩을 위해 10번의 반복을 수행하였다. 그리고 제안하는 곱부호에서 전체 반복 횟수는 3번이다.
예를 들어 긁힘에 의해 기존의 저장장치에서 1,000bits의 연집오류가 발생하였다면, 똑같은 크기의 긁힘이 고밀도 저장장치에서 발생하면 1,000bits 이상의 오류가 발생할 것이다. 이러한 연집오류 문제를 해결하기 위해 곱부호(product code)을 사용하며, 곱부호는 Elias가 1954년에 제안한 방식이다^[12]. 곱부호는 2차원 데이터 구조에서 각각 가로 방향과 세로 방향으로 부호화 하는 방식으로 리드 솔로몬(Reed Solomon, RS) 부호, LDPC(low-density parity check)부호 등의 오류정정부호를 사용하는 방식이다.

성능/효과

0일 때, BER 성능 그래프를 나타낸다. 블러가 1.8 일 때, BER이 10-5에서 제안하는 곱부호 방식이 SOVA보다 약 6dB, 하나의 LDPC 부호보다 약 0.5dB 성능이 향상되었다. 블러가 2.

후속연구

곱부호는 긁힘 혹은 물리적인 충격에 의해 발생하는 연집오류를 해결하는 방식으로 사용되었으나, 2차원 ISI, IPI, 어긋남 등의 오류요인에 대해서도 오류를 정정할 수 있다. 또한 채널상황에 맞춰 부가정보를 적절하게 수정하여 이용하면 다양한 시스템에서 사용이 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	홀로그래픽 데이터 저장장치의 오류요인은 무엇인가?	홀로그래픽 데이터 저장장치는 높은 데이터 전송률과 저장용량이 매우 크기 때문에 차세대 저장장치 후보 중 하나이다. 하지만 홀로그래픽 데이터 저장장치의 오류요인으로는 인접 페이지간 간섭 및 2차원 인접 심볼간 간섭이 있다. 또한 물리적 영향에 의해 발생되는 연집오류가 있다.
	홀로그래픽 데이터 저장장치의 장점은?	이러한 요구를 만족시키기 위해 홀로그래픽 데이터 저장장치(holographic data storage, HDS)는 차세대 저장장치중의 하나로 주목받고 있다. 홀로그래픽 데이터 저장장치는 기존의 1차원으로 처리하는 저장장치인 하드디스크(hard disk)나 CD, DVD, Blu-ray와는 다르게 2차원 데이터를 매체의 볼륨에 저장하기 때문에 고용량(1Tb/cm3)을 갖으며, 데이터를 페이지 단위로 처리하기 때문에 1Gbps 이상의 데이터 전송율을 갖는 차세대 저장장치이다. HDS의 원리는 데이터 페이지의 광학이미지를 참조빔(reference beam)과 간섭시켜 발생되는 간섭패턴을 2차원 이미지로 저장한다.
	등화기(equalizer), 신호검출기, 변조코드, 오류정정부호 등이 제안된 이유는?	따라서 기존의 저장장치와는 다른 오류 발생 요인이 존재한다. HDS는 CCD를 이용해서 2차원 데이터를 읽으므로 2차원 인접 심볼간 간섭(intersymbol interference, ISI)이 발생하며, 여러 페이지를 하나의 체적에 저장하기 때문에 발생되는 인접 페이지간 간섭(interpage interference, IPI)가 발생한다[1～2]. 따라서 이러한 오류요인을 해결하기 위해 등화기(equalizer), 신호검출기, 변조코드, 오류정정부호 등이 제안되었다[3～7].

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상세보기
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