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Título: Stochastic decoding of low-density parity-check codes
Autores: Sharifi Tehrani, Saeed
Fecha: 2011
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Electronics and Electrical
Descripción: Low-Density Parity-Check (LDPC) codes are one of the most powerful classes of error-control codes known to date. These codes have been considered for many recent digital communication applications. In this dissertation, we propose stochastic decoding of state-of-the-art LDPC codes and demonstrate it as a competitive approach to practical LDPC decoding algorithms.In stochastic decoding, probabilities are represented as streams of random bits using Bernoulli sequences in which the information is contained in the statistics of the bit stream. This representation results in low hardware-complexity processing nodes that perform computationally-intensive operations. However, stochastic decoding is prone to the acute problem of latching. This problem is caused by correlated bit streams within cycles in the code's factor graph, and significantly deteriorates the performance of stochastic LDPC decoders.We propose edge memories, tracking forecast memories, and majority-based tracking forecast memories to address the latching problem. These units efficiently extract the evolving statistics of stochastic bit streams and rerandomize them to disrupt latching. To the best of our knowledge, these methods are the first successful methods for stochastic decoding of state-of-the-art LDPC codes.We present novel decoder architectures and report on several hardware implementations. The most advanced reported implementation is a stochastic decoder that decodes the (2048,1723) LDPC code from the IEEE 802.3an standard. To the best of our knowledge, this decoder is the most silicon area-efficient and, with a maximum core throughput of 61.3 Gb/s, is one of the fastest fully parallel soft-decision LDPC decoders reported in the literature. We demonstrate the performance of this decoder in low bit-error-rate regimes.In addition to stochastic LDPC decoding, we propose the novel application of the stochastic approach for joint decoding of LDPC codes and partial-response channels that are considered in practical magnetic recording applications. Finally, we investigate the application of the stochastic approach for decoding linear block codes with high-density parity-check matrices on factor graphs. We consider Reed-Solomon, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem, and block turbo codes.
À ce jour, les codes Low-Density Parity-Check (LDPC) font partie des codes correcteurs d'erreurs les plus performants. Ces codes sont inclus dans différents standards de communications numériques. Dans ce manuscrit, nous proposons d'utiliser le décodage stochastique pour les codes LDPC. D'autre part, nous démontrons que pour les codes LDPC, le décodage stochastique représente une alternative réaliste aux algorithmes de décodage existants.Dans le processus de décodage stochastique, les probabilités sont représentées sous forme de séquences de Bernoulli. L'information est contenue dans la statistique de ces flux binaires aléatoires. Cette représentation particulière permet d'exécuter des calculs intensifs avec une faible complexité matérielle. Cependant le décodage stochastique est enclin au problème du verrouillage ("latching"). La corrélation entre les bits des différents flux au sein des cycles du graphe biparti dégrade les performances du décodage stochastique des codes LDPC. Pour résoudre le problème du verrouillage, nous proposons trois solutions: les mémoires de branche, les mémoires de suivi, et les mémoires de suivi à majorité. Ces différents composants permettent de suivre l'évolution de la statistique des flux binaires et de réintroduire des éléments aléatoires au sein des séquences observées, minimisant ainsi le phénomène de verrouillage. À notre connaissance, il s'agit là des premiers résultats probants permettant un décodage stochastique efficace des codes LDPC. Nous proposons de nouvelles architectures de décodeurs associées à leurs implantations matérielles respectives. La plus perfectionnée des architectures présentée ici est celle d'un décodeur stochastique pour le code LDPC (2048,1723) associé au standard IEEE 802.3an. À notre connaissance, en comparaison avec l'état de l'art actuel, ce décodeur dispose du meilleur rapport vitesse/complexité. Le débit maximum (au niveau du coeur), est de 61.3 Gb/s, il s'agit là du plus rapide des décodeurs de codes LDPC à décisions souples connu à ce jour. Nous présentons par ailleurs les performances de ce décodeur à très faible taux d'erreurs binaire. De plus, nous proposons d'appliquer le calcul stochastique au décodage conjoint des codes LDPC et des canaux à réponse partielle qui est utilisé dans les applications d'enregistrement magnétique. Enfin, nous étudions l'extension du décodage stochastique au décodage des codes en blocs ayant une matrice de parité à forte densité. Nous appliquons le décodage stochastique sur des graphes biparti aux codes Reed-Solomon, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem, et aux turbocodes en blocs.
Idioma: en