New Classes of Partial Geometries and Their Associated LDPC Codes

The use of partial geometries to construct parity-check matrices for LDPC codes has resulted in the design of successful codes with a probability of error close to the Shannon capacity at bit error rates down to $10^{-15}$. Such considerations have motivated this further investigation. A new and simple construction of a type of partial geometries with quasi-cyclic structure is given and their properties are investigated. The trapping sets of the partial geometry codes were considered previously using the geometric aspects of the underlying structure to derive information on the size of allowable trapping sets. This topic is further considered here. Finally, there is a natural relationship between partial geometries and strongly regular graphs. The eigenvalues of the adjacency matrices of such graphs are well known and it is of interest to determine if any of the Tanner graphs derived from the partial geometries are good expanders for certain parameter sets, since it can be argued that codes with good geometric and expansion properties might perform well under message-passing decoding.Comment: 34 pages with single column, 6 figure

A Simplified Min-Sum Decoding Algorithm for Non-Binary LDPC Codes

Non-binary low-density parity-check codes are robust to various channel impairments. However, based on the existing decoding algorithms, the decoder implementations are expensive because of their excessive computational complexity and memory usage. Based on the combinatorial optimization, we present an approximation method for the check node processing. The simulation results demonstrate that our scheme has small performance loss over the additive white Gaussian noise channel and independent Rayleigh fading channel. Furthermore, the proposed reduced-complexity realization provides significant savings on hardware, so it yields a good performance-complexity tradeoff and can be efficiently implemented.Comment: Partially presented in ICNC 2012, International Conference on Computing, Networking and Communications. Accepted by IEEE Transactions on Communication

Architectures for soft-decision decoding of non-binary codes

En esta tesis se estudia el dise¿no de decodificadores no-binarios para la correcci'on de errores en sistemas de comunicaci'on modernos de alta velocidad. El objetivo es proponer soluciones de baja complejidad para los algoritmos de decodificaci'on basados en los c'odigos de comprobaci'on de paridad de baja densidad no-binarios (NB-LDPC) y en los c'odigos Reed-Solomon, con la finalidad de implementar arquitecturas hardware eficientes. En la primera parte de la tesis se analizan los cuellos de botella existentes en los algoritmos y en las arquitecturas de decodificadores NB-LDPC y se proponen soluciones de baja complejidad y de alta velocidad basadas en el volteo de s'¿mbolos. En primer lugar, se estudian las soluciones basadas en actualizaci'on por inundaci 'on con el objetivo de obtener la mayor velocidad posible sin tener en cuenta la ganancia de codificaci'on. Se proponen dos decodificadores diferentes basados en clipping y t'ecnicas de bloqueo, sin embargo, la frecuencia m'axima est'a limitada debido a un exceso de cableado. Por este motivo, se exploran algunos m'etodos para reducir los problemas de rutado en c'odigos NB-LDPC. Como soluci'on se propone una arquitectura basada en difusi'on parcial para algoritmos de volteo de s'¿mbolos que mitiga la congesti'on por rutado. Como las soluciones de actualizaci 'on por inundaci'on de mayor velocidad son sub-'optimas desde el punto de vista de capacidad de correci'on, decidimos dise¿nar soluciones para la actualizaci'on serie, con el objetivo de alcanzar una mayor velocidad manteniendo la ganancia de codificaci'on de los algoritmos originales de volteo de s'¿mbolo. Se presentan dos algoritmos y arquitecturas de actualizaci'on serie, reduciendo el 'area y aumentando de la velocidad m'axima alcanzable. Por 'ultimo, se generalizan los algoritmos de volteo de s'¿mbolo y se muestra como algunos casos particulares puede lograr una ganancia de codificaci'on cercana a los algoritmos Min-sum y Min-max con una menor complejidad. Tambi'en se propone una arquitectura eficiente, que muestra que el 'area se reduce a la mitad en comparaci'on con una soluci'on de mapeo directo. En la segunda parte de la tesis, se comparan algoritmos de decodificaci'on Reed- Solomon basados en decisi'on blanda, concluyendo que el algoritmo de baja complejidad Chase (LCC) es la soluci'on m'as eficiente si la alta velocidad es el objetivo principal. Sin embargo, los esquemas LCC se basan en la interpolaci'on, que introduce algunas limitaciones hardware debido a su complejidad. Con el fin de reducir la complejidad sin modificar la capacidad de correcci'on, se propone un esquema de decisi'on blanda para LCC basado en algoritmos de decisi'on dura. Por 'ultimo se dise¿na una arquitectura eficiente para este nuevo esquemaGarcía Herrero, FM. (2013). Architectures for soft-decision decoding of non-binary codes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33753TESISPremiad

Error-Correction Coding and Decoding: Bounds, Codes, Decoders, Analysis and Applications

Coding; Communications; Engineering; Networks; Information Theory; Algorithm