16 research outputs found
Binary Message Passing Decoding of Product-like Codes
We propose a novel binary message passing decoding algorithm for product-like
codes based on bounded distance decoding (BDD) of the component codes. The
algorithm, dubbed iterative BDD with scaled reliability (iBDD-SR), exploits the
channel reliabilities and is therefore soft in nature. However, the messages
exchanged by the component decoders are binary (hard) messages, which
significantly reduces the decoder data flow. The exchanged binary messages are
obtained by combining the channel reliability with the BDD decoder output
reliabilities, properly conveyed by a scaling factor applied to the BDD
decisions. We perform a density evolution analysis for generalized low-density
parity-check (GLDPC) code ensembles and spatially coupled GLDPC code ensembles,
from which the scaling factors of the iBDD-SR for product and staircase codes,
respectively, can be obtained. For the white additive Gaussian noise channel,
we show performance gains up to dB and dB for product and
staircase codes compared to conventional iterative BDD (iBDD) with the same
decoder data flow. Furthermore, we show that iBDD-SR approaches the performance
of ideal iBDD that prevents miscorrections.Comment: Accepted for publication in the IEEE Transactions on Communication
On Low-Complexity Decoding of Product Codes for High-Throughput Fiber-Optic Systems
We study low-complexity iterative decoding algorithms for product codes. We revisit two algorithms recently proposed by the authors based on bounded distance decoding (BDD) of the component codes that improve the performance of conventional iterative BDD (iBDD). We then propose a novel decoding algorithm that is based on generalized minimum distance decoding of the component codes. The proposed algorithm closes over 50% of the performance gap between iBDD and turbo product decoding (TPD) based on the Chase-Pyndiah algorithm at a bit error rate of 10^-5. Moreover, the algorithm only leads to a limited increase in complexity with respect to iBDD and has significantly lower complexity than TPD. The studied algorithms are particularly interesting for high-throughput fiberoptic communications
Binary Message Passing Decoding of Product-like Codes
We propose a novel binary message passing decoding algorithm for product-like codes based on bounded distance decoding (BDD) of the component codes. The algorithm, dubbed iterative BDD with scaled reliability (iBDD-SR), exploits the channel reliabilities and is therefore soft in nature. However, the messages exchanged by the component decoders are binary (hard) messages, which significantly reduces the decoder data flow. The exchanged binary messages are obtained by combining the channel reliability with the BDD decoder output reliabilities, properly conveyed by a scaling factor applied to the BDD decisions. We perform a density evolution analysis for generalized low-density parity-check (GLDPC) code ensembles and spatially coupled GLDPC code ensembles, from which the scaling factors of the iBDD-SR for product and staircase codes, respectively, can be obtained. For the white additive Gaussian noise channel, we show performance gains up to 0.29 dB and 0.31 dB for product and staircase codes compared to conventional iterative BDD (iBDD) with the same decoder data flow. Furthermore, we show that iBDD-SR approaches the performance of ideal iBDD that prevents miscorrections
Refined Reliability Combining for Binary Message Passing Decoding of Product Codes
We propose a novel soft-aided iterative decoding algorithm for product codes
(PCs). The proposed algorithm, named iterative bounded distance decoding with
combined reliability (iBDD-CR), enhances the conventional iterative bounded
distance decoding (iBDD) of PCs by exploiting some level of soft information.
In particular, iBDD-CR can be seen as a modification of iBDD where the hard
decisions of the row and column decoders are made based on a reliability
estimate of the BDD outputs. The reliability estimates are derived using
extrinsic message passing for generalized low-density-parity check (GLDPC)
ensembles, which encompass PCs. We perform a density evolution analysis of
iBDD-CR for transmission over the additive white Gaussian noise channel for the
GLDPC ensemble. We consider both binary transmission and bit-interleaved coded
modulation with quadrature amplitude modulation.We show that iBDD-CR achieves
performance gains up to dB compared to iBDD with the same internal
decoder data flow. This makes the algorithm an attractive solution for very
high-throughput applications such as fiber-optic communications
Channel coding for highly efficient transmission in wireless local area network
Seit ihrer Wiederentdeckung haben die Low Density Parity Check (LDPC) Codes ein
hohes Interesse erfahren, da sie mit niedrigem Aufwand für die Dekodierung fast die
Kanalkapazität erreichen. Daher sind sie ein vielversprechendes Kanalcodierungsschema
für zukünftige drahtlose Anwendungen. Sie weisen allerdings noch den Nachteil eines
hohen Enkodierungsaufwandes auf. Die Einwicklung eines mit geringem Aufwand
implementierbaren LDPC Codes mit guten Leistungen stellt noch eine große
Herausforderung dar. Die Nutzbarkeit der potenziellen Eigenschaften von LDPC-Codes im
Bezug auf die technischen Randbedingungen gerade bei drahtlosen lokalen Netzwerken
(Wireess Local Area Network - WLAN) wirft dabei besonders interessante Fragestellungen
auf.
Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf drei große Themen bezüglich der
Erforschung von LDPC Codes, nämlich die Charakterisierung des Codes mittels
Umfangsmaßverteilung (Girth Degree Distribution), den niedrigen Enkodierungsaufwand
mittels strukturierter Codekonstruktion sowie die verbesserte Decodierungskonvergenz
mittels eines Zwei-Phasen Dekodierungsverfahrens.
Im ersten Teil der Dissertation wird ein neues Konzept zur Beurteilung von Codes
eingeführt. Es basiert auf der Umfangsmaßverteilung. Dieses Konzept kombiniert die
Ideen des klassischen Konzeptes - basierend auf dem Umfang (Girth) - mit denen des
Knotenmaßes (Node Degree) und wird zur Charakterisierung und zur Abschätzung der
Leistungsfähigkeit des Codes eingesetzt. Zur Erkennung und Berechnung des Umfangs
wird ein einfacher, baumbasierter Suchalgorithmus eingeführt. Dieses Konzept ermöglicht
eine effizientere Leistungsabschätzung als das der alleinigen Verwendung des Umfangs.
Es wird gezeigt, dass das Umfangsmaß bei der Ermittlung der Leistung des Codes eine
wesentlich größere Rolle spielt als der Umfang. Im Rahmen dieser Untersuchungen fällt
als weiteres Ergebnis an, dass die Existenz von kurzen Schleifen der Länge 4 die
Leistungsfähigkeit des Codes nicht beeinträchtigt.
Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit einem einfachen Verfahren für
die Konstruktion einer Gruppe von LDPC Codes, die bei einem relativ niedrigen
Enkodierungsaufwand dennoch eine gute Leistung aufweist. Die Kombination einer
Treppestruktur in Verbindung mit Permutationsmatrizen führt zu einer sehr einfachen
Implementierung, ohne dass ein erheblicher Leistungsverlust auftritt. Der resultierende
Enkodierer kann ausschließlich mit einer sehr einfachen Schaltung aus Schieberegistern
implementiert werden. Die Leistungsfähigkeit des entstehenden Codes ist mit der des
unregelmäßigen MacKay-Codes vergleichbar. In kurzer Kodelänge übertreffen sie sogar
einige bekannte strukturierte Codes. Allerdings sind die vorgeschlagenen Codes
suboptimal im Vergleich mit den optionalen LDPC Codes für WLAN, sofern niedrige
Coderaten betrachtet werden. Sie erweisen sich aber als ebenbürtig bei höheren Coderaten.
Diese Leistungsfähigkeit wird von den hier vorgeschlagenen Codes mit relativ niedrigem
Enkodierungsaufwand erreicht.
Letztendlich wird im dritten Teil der Dissertation ist ein Verfahren zur Steigerung
der Decodierungskonvergenz beim Einsatz von LDPC Codes in Kombination mit
Modulationsverfahren hoher Wertigkeit vorgestellt. Das Zwei-Phasen Dekodierverfahren
wird zur Verbesserung der Bit-Zuverlässigkeit im Dekodierungsprozess eingeführt. Dieses
bewirkt eine Reduktion der benötigten Dekodierungsschritte ohne Leistungsverlust.
Erreicht wird dies durch die Verwendung der Ergebnisse einer ersten Dekodierungsphase
als erneute Eingabe für eine zweite Dekodierungsphase. Die optimale Kombination der
durchzuführenden Iterationen beider Dekodierungsphasen kann die Anzahl der insgesamt
benötigten Iteration im Durchschnitt reduzieren. Dieses Verfahren zeigt seine Wirksamkeit
im Wasserfallbereich des Signal-Rausch-Verhältnisses. -Since their rediscovery, Low Density Parity Check (LDPC) codes sparked high
interests due to their capacity-approaching performance achieved through their low
decoding complexity. Therefore, they are considered as promising scheme for channel
coding in future wireless application. However, they still constitute disadvantage in their
high encoding complexity. The research on practical LDPC codes with good performance
is quite challenging. In this direction their potential characteristics are explored with
respect to the technical requirement of wireless local area network (WLAN).
This thesis is focused on three topics, which correspond to three major issues in the
research of LDPC codes: code characterization with girth degree distribution, low
encoding complexity with structured construction, and higher decoding convergence with
two-stage decoding scheme.
In the first part of the thesis, a novel concept of girth degree is introduced. This
concept combines the idea of the classical concept of girth with node degree. The proposed
concept is used to characterize the codes and measure their performance. A simple treebased
search algorithm is applied to detect and count the girth degree. The proposed
concept is more effective than the classical concept of girth in measuring the performance.
It shows that the girth degree plays more significant role than the girth it self, in
determining the code performance. Furthermore, the existence of short-four-cycles to some
extent is not harmful to degrade the code performances.
The second part deals with a simple method for constructing a class of LDPC codes,
which pose relative low encoding complexity but show good performance. The
combination of the stair structure and the permutation matrices, which are constructed
based on the proposed method, yields very simple implementation in encoding process
within encoder. The resulting encoder can be implemented using relatively simple shiftregister
circuits. Their performance is comparable with that of irregular MacKay codes. In
short code length, they outperform some well-established structured codes. The
performance of the proposed codes is comparable with the optional LDPC codes for
WLAN at higher code rates. However, the proposed codes are relatively suboptimal at
lower code rate. Such performance is achieved by the proposed codes in lower encoding
complexity
In the third part, a method for enhancing the decoding convergence for high coded
modulation system is introduced. The two-stage decoding scheme is proposed to improve
bit reliabilities in decoding process leading to reduced decoding iteration without
performance losses. This is achieved by making use of the output from the first decoding
stage as the additional input for the second decoding stage. The optimal combination of the
maximal iteration of both decoding stages is capable of reducing the average iteration.
This method shows its efficiency at the waterfall region of signal-to-noise-ratio