A new class of quantum low-density parity-check (LDPC) codes whose parity-check matrices are dual-containing matrices constructed based on lines of Euclidean geometries (EGs) is presented. The parity-check matrices of our quantum codes contain one and only one 4-cycle in every two rows and have better distance properties. However, the classical parity-check matrix constructed from EGs does not satisfy the condition of dual-containing. In some parameter conditions, parts of the rows in the matrix maybe have not any nonzero element in common. Notably, we propose four families of fascinating structure according to changes in all the parameters, and the parity-check matrices are adopted to satisfy the requirement of dual-containing. Series of matrix properties are proved. Construction methods of the parity-check matrices with dual-containing property are given. The simulation results show that the quantum LDPC codes constructed by this method perform very well over the depolarizing channel when decoded with iterative decoding based on the sum-product algorithm. Also, the quantum codes constructed in this paper outperform other quantum codes based on EGs.
In this paper, we propose a new cache structure for effective error correction of soft error. We added check bit and SEEB(soft error evaluation block) to evaluate the status of cache line. The SEEB stores result of parity check into the two-bit shit register and set the check bit to '1' when parity check fails twice in the same cache line. In this case the line where parity check fails twice is treated as a vulnerable to soft error. When the data is filled into the cache, the new replacement algorithm is suggested that it can only use the valid block determined by SEEB. This structure prohibits the vulnerable line from being used and contributes to efficient use of cache by the reuse of line where parity check fails only once can be reused. We tried to minimize the side effect of the proposed cache and the experimental results, using SPEC2000 benchmark, showed 3% degradation in hit rate, 15% timing overhead because of parity logic and 2.7% area overhead. But it can be considered as trivial for SEEB because almost tolerant design inevitably adopt this parity method even if there are some overhead. And if only parity logic is used then it can have $5%{\sim}10%$ advantage than ECC logic. By using this proposed cache, the system will be protected from the threat of soft error in cache and the hit rate can be maintained to the level without soft error in the cache.
Choi, Sung-Hoon;Yoon, Sung-Roh;Sung, Won-Jin;Kwon, Hong-Kyu;Heo, Jun
Journal of Communications and Networks
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제11권5호
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pp.455-463
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2009
We consider the challenges of finding good puncturing patterns for rate-compatible low-density parity-check code (LDPC) codes over additive white Gaussian noise (AWGN) channels. Puncturing is a scheme to obtain a series of higher rate codes from a lower rate mother code. It is widely used in channel coding but it causes performance is lost compared to non-punctured LDPC codes at the same rate. Previous work, considered the role of survived check nodes in puncturing patterns. Limitations, such as single survived check node assumption and simulation-based verification, were examined. This paper analyzes the performance according to the role of multiple survived check nodes and multiple dead check nodes. Based on these analyses, we propose new algorithm to find a good puncturing pattern for LDPC codes over AWGN channels.
본 논문은 LDPC 부호화된 MIMO 시스템을 위한 패리티 검사 기반 반복 간섭제거 기법을 제안한다. 제안 기법은 반복적인 복호 및 간섭제거 과정을 수행하며, 이 때 매 반복 과정의 복호 과정 이후 패리티 검사식을 만족하는 체크 노드의 비율이 사전 설정된 문턱값 이상인 부호어들만을 간섭제거 과정에 활용한다. 모의실험을 통해 제안 기법이 기존 기법 대비 높은 SNR 영역에서 향상된 블록 오율을 달성할 수 있음을 확인하였다.
Low-density parity-check (LDPC) codes have recently emerged due to their excellent performance. However, the parity check (H) matrices of the previous works are not adequate for hardware implementation of encoders or decoders. This paper proposes a hybrid parity check matrix which is efficient in hardware implementation of both decoders and encoders. The hybrid H-matrices are constructed so that both the semi-random technique and the partly parallel structure can be applied to design encoders and decoders. Using the proposed methods, the implementation of encoders can become practical while keeping the hardware complexity of the partly parallel decoder structures. An encoder and a decoder are designed using Verilog-HDL and are synthesized using a $0.35 {\mu}m$ CMOS standard cell library.
In this paper we propose a graph-theoretic method based on linear congruence for constructing low-density parity check (LDPC) codes. In this method, we design a connection graph with three kinds of special paths to ensure that the Tanner graph of the parity check matrix mapped from the connection graph is without short cycles. The new construction method results in a class of (3, ${\rho}$)-regular quasi-cyclic LDPC codes with a girth of 12. Based on the structure of the parity check matrix, the lower bound on the minimum distance of the codes is found. The simulation studies of several proposed LDPC codes demonstrate powerful bit-error-rate performance with iterative decoding in additive white Gaussian noise channels.
This paper presents an approach to the construction of multiple-rate quasi-cyclic low-density parity-check (LDPC) codes. Parity-check matrices of the proposed codes consist of $q{\times}q$ square submatrices. The block rows and block columns of the parity-check matrix correspond to the hyperplanes (${\mu}$-fiats) and points in Euclidean geometries, respectively. By decomposing the ${\mu}$-fiats, we obtain LDPC codes of different code rates and a constant code length. The code performance is investigated in term of the bit error rate and compared with those of LDPC codes given in IEEE standards. Simulation results show that our codes perform very well and have low error floors over the additive white Gaussian noise channel.
Low-density parity check (LDPC) code는 최근 그 우수한 성능으로 인하여 4세대 무선 이동 통신용 채널 코딩으로 주목받고 있고 유럽의 고화질 위성방송 규격으로 채택되었다. 그러나 기존의 연구들이 제안한 parity check matrix (H-matrix)는 실제로 하드웨어로 구현함에 있어서 인코더 혹은 디코더에 제약을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 본 논문에서는 인코더와 디코더 양쪽 모두 효율적으로 하드웨어로 구현이 가능한 hybrid H-matrix 구조를 제안한다. Hybrid H-matrix는 semi-random 방식과 partly parallel 방식을 결합하여 하드웨어로 구현시 partly parallel 방식이 가지는 디코더의 복잡도가 감소되는 장점을 유지하면서 인코더 또한 semi-random 방식을 사용하여 복잡도가 감소된다. 제안한 구조를 사용하여 LDPC 인코더와 디코더를 설계하고 합성하여 기존의 결과와 비교하였다.
LDPC(low density parity check) 부호는 낮은 복잡성과 Shannon의 한계에 근접하는 오류 정정 능력을 보이기 때문에 turbo 부호와 함께 많은 응용 분야에 적용되고 있다. 최근에는 분산 동영상 부호화(distributed video coding: DVC) 시스템의 Wyner-Ziv 프레임 복호를 위해서도 LDPC 부호가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 DVC 시스템을 위한 LDPC 부호를 설계하기 위해 패리티 체크 행렬 H를 설계하고 부호율 적응적인(rate adaptive) 특성을 만족하기 위해 H 행렬의 패리티 점검 노드를 효율적으로 병합하는 방법을 제안한다. 이를 위해 cycle의 연결성을 고려한 ACE(approximation cycles EMD) 알고리즘을 기반으로 효율적인 LDPC 부호를 설계하고 부호율 적응적인 특성을 갖도록 하기 위해 H 행렬의 크기와 압축율을 고려하여 병합 범위를 지정하고 지정된 범위에 따라 패리티 점검 노드를 병합한다. 그리고 ACE 알고리즘의 계수와 차수 분포를 변화시키면서 설계한 LDPC 부호의 성능을 해석한다.
A hardware architecture is presented to decode (N, K) polar codes based on a low-density parity-check code-like decoding method. By applying suitable pruning techniques to the dense graph of the polar code, the decoder architectures are optimized using fewer check nodes (CN) and variable nodes (VN). Pipelining is introduced in the CN and VN architectures, reducing the critical path delay. Latency is reduced further by a fully parallelized, single-stage architecture compared with the log N stages in the conventional belief propagation (BP) decoder. The designed decoder for short-to-intermediate code lengths was implemented using the Virtex-7 field-programmable gate array (FPGA). It achieved a throughput of 2.44 Gbps, which is four times and 1.4 times higher than those of the fast-simplified successive cancellation and combinational decoders, respectively. The proposed decoder for the (1024, 512) polar code yielded a negligible bit error rate of 10-4 at 2.7 Eb/No (dB). It converged faster than the BP decoding scheme on a dense parity-check matrix. Moreover, the proposed decoder is also implemented using the Xilinx ultra-scale FPGA and verified with the fifth generation new radio physical downlink control channel specification. The superior error-correcting performance and better hardware efficiency makes our decoder a suitable alternative to the successive cancellation list decoders used in 5G wireless communication.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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