KR101976315B1 - Method for constructing polar codes on binary symmetric channel and apparatus therefor - Google Patents

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KR101976315B1
KR101976315B1 KR1020180028465A KR20180028465A KR101976315B1 KR 101976315 B1 KR101976315 B1 KR 101976315B1 KR 1020180028465 A KR1020180028465 A KR 1020180028465A KR 20180028465 A KR20180028465 A KR 20180028465A KR 101976315 B1 KR101976315 B1 KR 101976315B1
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하정석
오경목
김대진
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한국과학기술원
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Abstract

Disclosed are a method of polar code design in a binary symmetric channel and an apparatus therefor. According to an embodiment of the present invention, a method of polar code design comprises the following steps: calculating an error rate of a polarized channel generated through channel merging and splitting using density evolution; and selecting an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel. The calculating step calculates a channel density of the polarized channel by applying at least one of a minimum value calculation and an addition calculation from a channel density of the binary symmetric channel, and can calculate the error rate of the polarized channel based on the calculated density of the polarized channel.

Description

이산대칭채널에서의 극 부호 설계 방법 및 그 장치 {METHOD FOR CONSTRUCTING POLAR CODES ON BINARY SYMMETRIC CHANNEL AND APPARATUS THEREFOR}Field of the Invention < RTI ID = 0.0 > [0001] < / RTI > The present invention relates to a method of designing polar marks in discrete symmetric channels,

본 발명은 극 부호 설계 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산대칭채널에서 연산량을 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 극 부호 설계 방법 및 그 장치에 관한 것이다.Field of the Invention [0002] The present invention relates to a polar code designing technique, and more particularly, to a pole code designing method and apparatus that can improve reliability while reducing a calculation amount in a discrete symmetric channel.

극 부호는 이산무기억대칭채널(binary-input memoryless symmetric channel)에서 정보 전송 효율의 한계인 샤논 용량(Shannon capacity)을 달성한다고 알려진 이후 많은 주목을 받고있는 부호이다. The polarity sign is a code that has received much attention since it is known to achieve the Shannon capacity, the limit of information transmission efficiency, in a binary-input memoryless symmetric channel.

극 부호의 설계는 주어진 물리적 채널로부터 분극화 연산을 통해 가상 채널을 생성하는 과정을 통해 이루어진다. 이때 분극화 연산에는 두가지 종류가 있는데 연산의 적용 순서에 따라 부호의 길이 N만큼의 서로 다른 가상 채널을 생성할 수 있다. 이후 가상 채널들의 오류율을 계산하여 오류율이 낮은 k개의 가상 채널을 정보전송채널로 이용함으로써 극 부호의 설계가 이루어진다. 하지만 이산소거채널(binary erasure channel)이외의 채널에서 극 부호를 설계하기 위해서는 부호 길이에 대해 지수적으로 증가하는 연산 및 메모리 복잡도가 필요하여 이를 구현하는 것이 불가능하다.The design of the polarity code is achieved through a process of generating a virtual channel from a given physical channel through a polarization operation. In this case, there are two kinds of polarization operations, and it is possible to generate virtual channels different in length by N according to the application order of operations. Then, the error rate of the virtual channels is calculated and the polar code is designed by using k virtual channels with low error rates as information transmission channels. However, in order to design a polarity code in a channel other than a binary erasure channel, it is impossible to implement it because it requires an exponentially increasing operation and a memory complexity with respect to a code length.

이후 근사적인 방법으로 부호를 설계하는 방법이 제안되었으나 가우시안잡음 채널 이외의 채널에서는 여전히 높은 연산량을 요구하며 부호의 길이가 늘어날수록 설계 부호의 성능이 떨어진다는 단점이 있다.Although a method of designing codes by an approximate method has been proposed, a high computation amount is still required for channels other than the Gaussian noise channel, and the performance of the design code deteriorates as the length of the code increases.

이산대칭채널은 이산소거채널, 가우시안잡음 채널과 함께 이론 및 실용적인 분야에서 중요하게 다루어지는 채널이다. 극 부호 설계 연구에 있어서, 효율적인 이산대칭채널의 설계 방법은 일반적인 채널에서 중요한 위치를 갖는다.The discrete symmetric channel is a channel dealt with in theoretical and practical fields, along with a discrete cancellation channel, a Gaussian noise channel. In polar code design studies, efficient discrete symmetric channel design methods have important locations in common channels.

따라서, 연산량을 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 극 부호 설계 방법의 필요성이 대두된다.Therefore, there is a need for a method of designing a polar code capable of improving the reliability while reducing the amount of computation.

본 발명의 실시예들은, 이산대칭채널에서 연산량을 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 극 부호 설계 방법 및 그 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a polar code design method and apparatus capable of improving reliability while reducing the amount of computation in a discrete symmetric channel.

구체적으로, 본 발명의 실시예들은 밀도 진화(density evolution)에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사함으로써, 이산대칭채널에서 적은 연산과 적은 메모리만으로 극 부호 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법 및 그 장치를 제공한다.Specifically, the embodiments of the present invention can improve the reliability of the polar code design by approximating an operation used for density evolution with a minimum value operation and performing only a small number of operations and a small memory in a discrete symmetric channel, Lt; / RTI >

본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 방법은 채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산하는 단계; 및 상기 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정하는 단계를 포함한다.A method of designing a polar code according to an embodiment of the present invention includes: calculating error rates of polarized channels generated through channel merging and demultiplexing using density evolution; And selecting an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel.

상기 계산하는 단계는 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 최소값 연산 또는 덧셈 연산 중 적어도 하나를 적용하여 상기 분극화된 채널의 채널 밀도를 계산하고, 상기 계산된 분극화된 채널의 밀도에 기초하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.Calculating the channel density of the polarized channel by applying at least one of a minimum value operation and an addition operation from the channel density of the discrete symmetric channel, The error rate of the polarized channel can be calculated.

상기 계산하는 단계는 상기 계산된 분극화된 채널의 밀도에 로그 우도비를 갖는 점들의 확률 값을 더하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.The calculating step may calculate an error rate of the polarized channel by adding a probability value of a point having a log likelihood ratio to the calculated density of the polarized channel.

상기 계산하는 단계는 이진 트리 상에서 상기 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산할 수 있다.The calculating step may recursively calculate the distribution of the channel density of the polarized channel on the binary tree.

상기 계산하는 단계는 상위 노드의 채널로부터 두 개의 자식 노드의 채널을 생성할 때 각각 채널 로그 우도비 분포에 최소값 연산과 덧셈 연산을 적용함으로써, 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.The error rate of the polarized channel may be calculated by applying a minimum value operation and an addition operation to a channel log likelihood ratio distribution when each channel of two child nodes is generated from a channel of an upper node.

상기 선정하는 단계는 상기 계산된 분극화된 채널의 오류율을 정렬한 후 일정 개수의 낮은 오류율을 가지는 채널을 상기 정보 전송 채널로 선정할 수 있다.The selecting may select a channel having a certain number of low error rates as the information transmission channel after aligning error rates of the calculated polarized channels.

본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 장치는 채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산하는 연산부; 및 상기 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정하는 선정부를 포함한다.An apparatus for designing a polar code according to an embodiment of the present invention includes an operation unit for calculating an error rate of a polarized channel generated through channel merging and demultiplexing using density evolution; And a selection unit for selecting an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel.

상기 연산부는 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 최소값 연산 또는 덧셈 연산 중 적어도 하나를 적용하여 상기 분극화된 채널의 채널 밀도를 계산하고, 상기 계산된 분극화된 채널의 밀도에 기초하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.Wherein the operation unit calculates a channel density of the polarized channel by applying at least one of a minimum value operation and an addition operation from a channel density of a discrete symmetric channel, and calculates the polarized channel density based on the calculated density of the polarized channel. The error rate of the channel can be calculated.

상기 연산부는 상기 계산된 분극화된 채널의 밀도에 로그 우도비를 갖는 점들의 확률 값을 더하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.The operation unit may calculate an error rate of the polarized channel by adding a probability value of a point having a logarithmic likelihood ratio to the calculated density of the polarized channel.

상기 연산부는 이진 트리 상에서 상기 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산할 수 있다.The operation unit may recursively calculate the distribution of channel densities of the polarized channels on the binary tree.

상기 연산부는 상위 노드의 채널로부터 두 개의 자식 노드의 채널을 생성할 때 각각 채널 로그 우도비 분포에 최소값 연산과 덧셈 연산을 적용함으로써, 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.The operation unit may calculate the error rate of the polarized channel by applying a minimum value operation and an addition operation to the channel log likelihood ratio distribution, respectively, when generating channels of two child nodes from a channel of an upper node.

상기 선정부는 상기 계산된 분극화된 채널의 오류율을 정렬한 후 일정 개수의 낮은 오류율을 가지는 채널을 상기 정보 전송 채널로 선정할 수 있다.The selecting unit may sort the error rate of the calculated polarized channel and then select a channel having a certain number of error rates as the information transmission channel.

본 발명의 실시예들에 따르면, 극 부호를 설계하는데 있어서 밀도 진화(density evolution)에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사함으로써, 이산대칭채널에서 적은 연산과 적은 메모리만으로 극 부호 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, by approximating the operations used for density evolution in designing the polar sign by the minimum value operation, the reliability of the polar sign design can be improved with fewer operations in the discrete symmetric channel and less memory .

본 발명의 실시예들에 따르면, 기존보다 단축된 시간으로 극 부호를 설계할 수 있으며 극 부호를 이용하는 장치 구현 시 적은 메모리를 요구함으로써 장치의 크기를 줄이고 비용을 절감할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, it is possible to design the polar sign with a shorter time than before, and to reduce the size and cost of the device by requiring less memory when implementing a device using a polar sign.

즉, 본 발명은 밀도 진화의 연산을 덧셈과 최소값 연산만 이용하도록 간소화 하여 지수적인 메모리와 연산복잡도를 요구하는 기존 방식과 달리 선형적인 메모리와 연산 복잡도만으로 극 부호를 설계할 수 있다.In other words, the present invention simplifies the operation of density evolution to use only addition and minimum value operations, and thus, it is possible to design a polar sign with linear memory and computational complexity, unlike the conventional method requiring exponential memory and computational complexity.

이러한 본 발명에 따른 기술은 5G 차세대 이동통신, 사물인터넷, 데이터센터, 반도체저장장치 등 오류정정부호가 필요한 산업분야 전반에 적용할 수 있다.The technology according to the present invention can be applied to all industries that require error correction codes such as 5G next generation mobile communication, object Internet, data center, semiconductor storage device, and the like.

도 1은 채널 병합 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3은 이진 트리를 통해 분극화된 채널을 얻는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 오류율이 p인 이산대칭채널의 로그우도비 확률 분포에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 로그 우도비 확률 분포를 이진 트리에서 재귀적으로 구하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
FIG. 1 illustrates an example of a channel merging process.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of designing a polar code according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an example of a process of obtaining a polarized channel through a binary tree.
FIG. 4 shows an example of a log-likelihood probability distribution of a discrete symmetric channel with an error rate p.
FIG. 5 is a diagram illustrating an exemplary process for recursively obtaining a log-likelihood ratio probability distribution in a binary tree.
FIG. 6 shows a structure of a polar code designing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

본 발명의 실시예들은, 밀도 진화(density evolution)에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사함으로써, 이산대칭채널에서 적은 연산과 적은 메모리만으로 극 부호 설계의 신뢰성을 향상시키는 것을 그 요지로 한다.Embodiments of the present invention are intended to improve the reliability of the polar code design by approximating the operations used for density evolution with a minimum value operation, with fewer operations in the discrete symmetric channel and less memory.

여기서, 본 발명은 밀도 진화의 연산을 덧셈과 최소값 연산만 이용하도록 간소화 하여 지수적인 메모리와 연산복잡도를 요구하는 기존 방식과 달리 선형적인 메모리와 연산 복잡도만으로 극 부호를 설계할 수 있다.The present invention simplifies the operation of density evolution to use only addition and minimum value operations, and thus it is possible to design a polarity code with only linear memory and computational complexity, unlike existing systems requiring exponential memory and computational complexity.

극 부호는 아르칸이 제시한 오류 정정 부호로 부호의 길이가 무한히 커지면 채널 용량을 달성함이 밝혀졌다. 극 부호는 채널 분극화 현상을 바탕으로 설계되며, 채널 분극화 현상은 채널 병합과 채널 분리 두 과정을 통해 발생한다. The polarity code was found to achieve the channel capacity when the length of the code was infinitely increased with the error correcting code proposed by Arkan. The polarizations are designed based on the channel polarization phenomenon, and the channel polarization phenomenon occurs through two processes of channel merging and channel separation.

채널 병합은 N개의 물리적 채널 W를 통해 N개의 입출력 알파벳을 갖는 채널

Figure 112018024361571-pat00001
을 얻는 과정으로, 채널 병합은 다음과 같이 재귀적으로 진행된다. The channel merging is performed through N physical channels W through a channel having N input / output alphabets
Figure 112018024361571-pat00001
The channel merging is recursively performed as follows.

도1은 채널 병합 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 채널 W를 통해 채널

Figure 112018024361571-pat00002
를 생성한다.FIG. 1 illustrates an example of a channel merging process. As shown in FIG. 1,
Figure 112018024361571-pat00002
.

채널의 입출력

Figure 112018024361571-pat00003
Figure 112018024361571-pat00004
사이에는 아래 <수학식 1>과 같은 관계가 성립된다.Channel I / O
Figure 112018024361571-pat00003
and
Figure 112018024361571-pat00004
The following relationship is established as shown in Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018024361571-pat00005
Figure 112018024361571-pat00005

Figure 112018024361571-pat00006
Figure 112018024361571-pat00006

상기 수학식 1에 대하여 재귀적으로 반복하면 길이 N에 대하여 아래 <수학식 2>와 같이 일반화할 수 있다.If it is recursively repeated with respect to Equation (1), the length N can be generalized as Equation (2) below.

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure 112018024361571-pat00007
Figure 112018024361571-pat00007

여기서,

Figure 112018024361571-pat00008
는 크로네커 지수를 의미할 수 있다.here,
Figure 112018024361571-pat00008
May refer to the Kronecker index.

채널 분리 과정은 채널

Figure 112018024361571-pat00009
을 통해 가상의 채널
Figure 112018024361571-pat00010
를 생성하는 과정으로 아래 <수학식 3>과 같이 정의될 수 있다.The channel separation process includes
Figure 112018024361571-pat00009
Through a virtual channel
Figure 112018024361571-pat00010
And can be defined as Equation (3) below.

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure 112018024361571-pat00011
Figure 112018024361571-pat00011

상기 가상의 채널

Figure 112018024361571-pat00012
는 물리적 채널로부터의 출력 값
Figure 112018024361571-pat00013
과 이전에 복호된 메시지의 값
Figure 112018024361571-pat00014
을 알고 있을 때
Figure 112018024361571-pat00015
의 값을 추정하기 위해 사용한다. 상술한 두 과정을 합하여 재귀적으로 표현하면 아래 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.The virtual channel
Figure 112018024361571-pat00012
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; physical channel
Figure 112018024361571-pat00013
And the value of the previously decrypted message
Figure 112018024361571-pat00014
When you know
Figure 112018024361571-pat00015
Is used to estimate the value of. The above two processes may be recursively expressed as Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure 112018024361571-pat00016
Figure 112018024361571-pat00016

Figure 112018024361571-pat00017
Figure 112018024361571-pat00017

극 부호의 설계는 채널 W가 주어졌을 때 상기 수학식 4의 재귀식을 이용하여

Figure 112018024361571-pat00018
의 오류율을 구하고 오류율이 낮은 미리 설정된 개수 예를 들어, k개의 채널을 찾는 과정을 통해 이루어진다.The design of the polarity code is given by using the recursive equation of Equation (4)
Figure 112018024361571-pat00018
And finding a predetermined number of channels having a low error rate, for example, k channels.

하지만 채널의 전이 행렬(transition matrix)을 저장하고 오류율을 계산하기 위해서는

Figure 112018024361571-pat00019
의 지수적 복잡도를 요구하기 때문에 실용적으로 불가능하다.However, in order to store the channel's transition matrix and calculate the error rate
Figure 112018024361571-pat00019
It is practically impossible because it requires an exponential complexity of.

본 발명의 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이러한 본 발명에 대하여 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.In order to solve the problems of the present invention, the present invention will be described with reference to Figs. 2 to 6. Fig.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of designing a polar code according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 극 부호 설계 방법은 채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산하는 단계(S210)와 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정하는 단계(S220)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the polar code designing method of the present invention includes calculating (S210) an error rate of a polarized channel generated through channel merging and separation using density evolution (S210) And selecting an information transmission channel based on the error rate (S220).

단계 S210은 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 최소값 연산 혹은 덧셈 연산을 적용하여 가상 채널 즉, 분극화된 채널의 채널 밀도를 구하고, 이러한 분극화된 채널의 밀도에 기초하여 분극화된 채널의 오류율을 계산한다.In step S210, a channel density of a virtual channel, that is, a polarized channel is obtained by applying a minimum value operation or an addition operation from the channel density of the discrete symmetric channel, and the error rate of the polarized channel is calculated based on the density of the polarized channel .

여기서, 단계 S210은 모든 분극화된 채널에 대한 채널 밀도를 구한 뒤 로그 우도비 예를 들어, 음수 로그 우도비를 갖는 점들의 확률 값을 더하여 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.Here, in step S210, the channel density for all the polarized channels is obtained, and the error rate of the polarized channel can be calculated by adding the log likelihood ratio, for example, the probability values of the points having the negative log likelihood ratios.

나아가, 단계 S210은 이진 트리 상에서 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산할 수 있으며, 상위 노드의 채널로부터 두 개의 자식 노드의 채널을 생성할 때 각각 채널 로그 우도비 분포에 최소값 연산과 덧셈 연산만을 적용하여 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.In addition, the step S210 can recursively calculate the channel density distribution of the channel polarized on the binary tree. When generating the channel of the two child nodes from the channel of the upper node, the channel log likelihood ratio distribution is subjected to the minimum value calculation and addition The error rate of the polarized channel can be calculated by applying only the operation.

단계 S220은 단계 S210에 의해 계산된 분극화된 채널의 오류율에서 기준 오류율보다 낮은 오류율을 갖는 채널 또는 낮은 오류율을 가지는 일정 개수의 채널에 대한 인덱스를 출력 값으로 제공함으로써, 정보 전송 채널을 선정한다.In step S220, an information transmission channel is selected by providing an index of a channel having an error rate lower than the reference error rate or a predetermined number of channels having a low error rate, as output values, in the error rate of the polarized channel calculated in step S210.

여기서, 단계 S220은 N개의 오류율을 정렬한 뒤 가장 작은 k개의 분극화된 채널을 선택함으로써, 정보 전송 채널을 선정할 수 있다.Here, in step S220, the information transmission channel can be selected by selecting the k smallest polarized channels after aligning the N error rates.

이러한 본 발명에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.

채널의 전이 행렬을 구하고 이를 통해 채널의 오류율을 구하는 것은 불가능하기 때문에 이를 해결하기 위해 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 이진 트리 위에서 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 추적하는 방식을 이용한다.In order to solve this problem, the present invention uses a method of recursively tracking the channel density distribution on the binary tree as shown in FIG. 3, since it is impossible to obtain the channel error rate by obtaining the channel's transition matrix.

이 때, 이진 트리의 뿌리(root)는 주어진 이산대칭채널 W이고 재귀식을 통해 W로부터 생성되는 2개의 채널을 각각

Figure 112018024361571-pat00020
로 표현할 수 있으며, 다시
Figure 112018024361571-pat00021
에 재귀식을 적용하여
Figure 112018024361571-pat00022
이를
Figure 112018024361571-pat00023
단계만큼 반복하여 최종적으로 잎사귀 노드(leaf node)에는 분극화된 채널
Figure 112018024361571-pat00024
들이 생성될 수 있다.In this case, the root of the binary tree is the given discrete symmetric channel W and the two channels generated from W through the recursive equation are
Figure 112018024361571-pat00020
Can be expressed as
Figure 112018024361571-pat00021
By applying a recursive
Figure 112018024361571-pat00022
This
Figure 112018024361571-pat00023
And finally a leaf node is provided with a polarized channel
Figure 112018024361571-pat00024
Lt; / RTI &gt;

도 3에 도시된 이진 트리에서 각각의 노드는 로그 우도비(log likelihood ratio)의 확률분포를 저장하고 있으며, 채널의 확률분포를 계산하기 위해서는 이산대칭채널 W에 대하여 로그 우도비

Figure 112018024361571-pat00025
를 계산한다.In the binary tree shown in FIG. 3, each node stores a probability distribution of log likelihood ratios. To calculate the probability distribution of channels, a log likelihood ratio
Figure 112018024361571-pat00025
.

채널의 오류율이 p일 경우 y의 값 0과 1에 대한 로그 우도비 분포는 각각

Figure 112018024361571-pat00026
이 된다. 이를 확률 변수 D로 표현하면 도 4와 같이 나타낼 수 있다.If the error rate of the channel is p, the log-likelihood ratio distribution for y values 0 and 1 is
Figure 112018024361571-pat00026
. This can be expressed as a random variable D as shown in FIG.

예컨대, 부모 노드의 로그 우도비 확률변수 D가 주어졌을 때 자식 노드의 채널

Figure 112018024361571-pat00027
Figure 112018024361571-pat00028
의 로그 우도비 확률변수
Figure 112018024361571-pat00029
은 아래 <수학식 5>와 같은 밀도 진화식을 이용하여 계산할 수 있다.For example, given the log-likelihood ratio non-random variable D of the parent node,
Figure 112018024361571-pat00027
and
Figure 112018024361571-pat00028
Log-likelihood ratio random variable
Figure 112018024361571-pat00029
Can be calculated using the density evolution equation as shown in Equation (5) below.

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure 112018024361571-pat00030
Figure 112018024361571-pat00030

여기서,

Figure 112018024361571-pat00031
Figure 112018024361571-pat00032
는 D와 같은 분포를 따르는 서로 독립인 확률변수를 의미할 수 있다.here,
Figure 112018024361571-pat00031
Wow
Figure 112018024361571-pat00032
Can be a random variable that is independent of each other following a distribution such as D.

본 발명은 상기 수학식 5의 밀도 진화식을 이진 트리 위에서 반복하면 도 5에 도시된 바와 같이 각 노드 마다 로그 우도비의 확률 분포를 계산할 수 있으며, 도 5는 로그 우도비 확률 분포를 이진 트리에서 재귀적으로 구하는 과정을 나타낸 것이다.5, when the density evolution equation of Equation 5 is repeated on the binary tree, the probability distribution of the log likelihood ratio can be calculated for each node as shown in FIG. 5. FIG. 5 shows the log likelihood non- This is a recursive process.

이 때, 이산대칭채널의 경우 로그 우도비가

Figure 112018024361571-pat00033
의 등간격으로 분포하기 때문에 덧셈과 최소값 연산으로 생성된 자식 노드들의 로그 우도비 또한 같은 간격으로 분포할 수 있다. j 단계에서 로그 우도비 분포를 저장하기 위해서 M개의 메모리가 필요하다면 j+1 단계에서는 최대 (2M-1)의 메모리만 있으면 로그 우도비 분포를 저장할 수 있다. 이는 기존 방식을 이용했을 때 필요한 최대 메모리 량인
Figure 112018024361571-pat00034
보다 획기적으로 줄어든 값이다.In this case, in the case of discrete symmetric channels,
Figure 112018024361571-pat00033
The log likelihood ratios of child nodes generated by addition and minimum operation can also be distributed at the same interval. If M memories are needed to store the log-likelihood ratio distribution in j-th stage, the log-likelihood ratio distribution can be stored if there is only a maximum memory (2M-1) in j + 1step. This is the maximum amount of memory
Figure 112018024361571-pat00034
This is a dramatically reduced value.

최종적으로 분극화된 채널의 로그 우도비 분포로부터 채널의 오류율을 아래 <수학식 6>을 이용하여 계산할 수 있다.From the log likelihood ratio distribution of the finally polarized channel, the error rate of the channel can be calculated using Equation (6) below.

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure 112018024361571-pat00035
Figure 112018024361571-pat00035

상기 수학식 6을 이용하여 분극화된 채널 각각에 대한 오류을 계산한 후 오류율이 낮은 k개의 인덱스 집합을 출력(또는 선택)하고, 이렇게 출력된 인덱스 집합에 대응하는 채널을 정보 전송 채널로 선정함으로써, 채널 설계를 완료할 수 있다.After calculating errors for each of the polarized channels using Equation (6), k sets of indexes having a low error rate are output (or selected), and a channel corresponding to the index set thus outputted is selected as an information transmission channel, The design can be completed.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 계산하고 낮은 오류율을 갖는 채널의 인덱스를 출력 값으로 선택하여 정보 전송 채널을 선정함으로써, 기존보다 단축된 시간으로 극 부호를 설계할 수 있으며 극 부호를 이용하는 장치 구현 시 적은 메모리를 요구함으로써 장치의 크기를 줄이고 비용을 절감할 수 있다.As described above, according to the method of the present invention, the error rate of a polarized channel generated through channel merging and separation is calculated, and an index of a channel having a low error rate is selected as an output value to select an information transmission channel. It is possible to design the polar sign with shortened time, and it is possible to reduce the size and cost of the device by requiring less memory when implementing the device using the polar sign.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 극 부호를 설계하는데 있어서 밀도 진화(density evolution)에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사함으로써, 이산대칭채널에서 적은 연산과 적은 메모리만으로 극 부호 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.That is, the method according to the embodiment of the present invention approximates the operation used for density evolution in the design of the polar sign by the minimum value operation, thereby achieving the reliability of the polar sign design with fewer operations in the discrete symmetric channel and less memory Can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 밀도 진화의 연산을 덧셈과 최소값 연산만 이용하도록 간소화 하여 지수적인 메모리와 연산복잡도를 요구하는 기존 방식과 달리 선형적인 메모리와 연산 복잡도만으로 극 부호를 설계할 수 있다.Also, the method according to the embodiment of the present invention simplifies the operation of the density evolution to use only the addition and the minimum value operation, thereby designing the polar sign with linear memory and computational complexity unlike the conventional method requiring the exponential memory and the computational complexity .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 이진 트리에서 채널의 로그 우도비의 확률 분포를 밀도 진화를 이용하여 재귀적으로 계산하고, 이를 이용하여 극 부호를 설계할 수 있다.Also, the method according to an embodiment of the present invention recursively calculates the probability distribution of the log likelihood ratios of channels in a binary tree using density evolution, and can design the polar codes using the recursive calculation.

본 발명에서는 채널의 오류율 p가 주어졌을 때 채널 출력 0과 1에 대한 로그 우도비(log likelihood ratio)를 구하고 각각의 확률 분포를 구하여 이를 메모리에 저장하는데, 극 부호의 설계과정은 이진트리(binary tree)로 표현할 수 있다.In the present invention, given a channel error rate p, a log likelihood ratio for channel outputs 0 and 1 is obtained, and each probability distribution is obtained and stored in a memory. tree.

여기서, 뿌리 노드(root node)는 주어진 이산대칭채널로, 잎사귀 노드(leaf node)는 N개의 가상 채널로 표현할 수 있다. 상위 노드의 채널로부터 두개의 자식 노드의 채널을 생성할 때 각각 채널 로그 우도비 분포에 최소값 연산과 덧셈 연산을 적용한다. 이 때, 로그 우도비는 등 간격으로 분포하기 때문에 시작점과 간격의 길이 두 정보만 메모리에 저장하면 충분하며, 로그 우도비의 확률 분포 또한 자식 채널이 생성될 때마다 2배 증가하기 때문에 최종적으로 N+1개의 메모리가 필요하다. 이진 트리의 깊이는

Figure 112018024361571-pat00036
이므로 최종적으로 하나의 가상 채널의 오류를 구하는 장치를 위해서
Figure 112018024361571-pat00037
개의 메모리만 있으면 된다.Here, a root node is a given discrete symmetric channel, and a leaf node can be represented by N virtual channels. When a channel of two child nodes is generated from a channel of an upper node, a minimum value operation and an addition operation are applied to the channel log likelihood ratio distribution, respectively. Since the log likelihood ratio is distributed equidistantly, it is sufficient to store only the information of the starting point and the interval length in the memory, and the probability distribution of the log likelihood ratio also doubles every time the child channel is generated. +1 memory is needed. The depth of the binary tree is
Figure 112018024361571-pat00036
For the device that finally finds error of one virtual channel
Figure 112018024361571-pat00037
All you need is memory.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 극 부호 설계 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 상술한 도 2 내지 도 5의 방법을 수행하는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.FIG. 6 shows a structure of a polar code designing apparatus according to an embodiment of the present invention, and shows a structure of an apparatus for performing the methods of FIGS. 2 to 5 described above.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 장치(600)는 연산부(610)와 선정부(620)를 포함한다.Referring to FIG. 6, an apparatus 600 according to an embodiment of the present invention includes an operation unit 610 and a selection unit 620.

연산부(610)는 채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산한다.The operation unit 610 calculates the error rate of the polarized channel generated through channel merging and demultiplexing using density evolution.

이 때, 연산부(610)는 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 최소값 연산 혹은 덧셈 연산을 적용하여 가상 채널 즉, 분극화된 채널의 채널 밀도를 구하고, 이러한 분극화된 채널의 밀도에 기초하여 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.At this time, the operation unit 610 calculates the channel density of the virtual channel, that is, the polarized channel, by applying a minimum value operation or an addition operation from the channel density of the discrete symmetric channel, and performs polarization based on the density of the polarized channel The error rate of the channel can be calculated.

나아가, 연산부(610)는 모든 분극화된 채널에 대한 채널 밀도를 구한 뒤 로그 우도비 예를 들어, 음수 로그 우도비를 갖는 점들의 확률 값을 더하여 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.Further, the operation unit 610 may calculate the channel density for all the polarized channels, and then calculate the error rate of the polarized channel by adding the log likelihood ratio, for example, the probability values of the points having the negative logarithmic likelihood ratios.

연산부(610)는 이진 트리 상에서 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산할 수 있으며, 상위 노드의 채널로부터 두 개의 자식 노드의 채널을 생성할 때 각각 채널 로그 우도비 분포에 최소값 연산과 덧셈 연산만을 적용하여 분극화된 채널의 오류율을 계산할 수 있다.The operation unit 610 can recursively calculate the distribution of the channel densities of the channels polarized on the binary tree. When generating the channels of the two child nodes from the channels of the ancestor nodes, The error rate of the polarized channel can be calculated by applying only the operation.

선정부(620)는 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정한다.The selection unit 620 selects an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel.

이 때, 선정부(620)는 계산된 분극화된 채널의 오류율에서 기준 오류율보다 낮은 오류율을 갖는 채널 또는 낮은 오류율을 가지는 일정 개수의 채널에 대한 인덱스를 출력 값으로 제공함으로써, 정보 전송 채널을 선정할 수 있다.In this case, the selection unit 620 selects an information transmission channel by providing an index for a channel having an error rate lower than the reference error rate or a predetermined number of channels having a low error rate, as an output value, from the calculated error rate of the polarized channel .

이러한 선정부(620)는 분극화된 채널의 오류율을 정렬한 뒤 가장 작은 일정 개수의 분극화된 채널을 선택함으로써, 정보 전송 채널을 선정할 수 있다.The selection unit 620 may select an information transmission channel by selecting the smallest number of polarized channels after arranging error rates of the polarized channels.

비록, 도 6에 도시된 극 부호 설계 장치에서 그 설명이 생략되었더라도 본 발명에 따른 극 부호 설계 장치는 도 1 내지 도 5에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있다는 것은 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.Although the description has been omitted in the pole code designing apparatus shown in Fig. 6, it will be understood by those skilled in the art that the pole designing apparatus according to the present invention can include all the contents described in Figs. 1 to 5 It is obvious.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The system or apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the systems, devices, and components described in the embodiments may be implemented in various forms such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array ), A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to embodiments may be implemented in the form of a program instruction that may be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI &gt; or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (12)

채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산하는 단계; 및
상기 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정하는 단계
를 포함하고,
상기 계산하는 단계는
상기 밀도 진화에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사화하여 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 상기 분극화된 채널의 채널 밀도를 계산하고, 상기 계산된 분극화된 채널의 채널 밀도에 기초하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산하며,
상기 계산하는 단계는
상기 이산대칭채널을 뿌리(root)로 하는 이진 트리 상에서 상기 이산대칭채널의 채널 밀도와 미리 정의된 재귀식을 이용하여 상기 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산하는 극 부호 설계 방법.
Calculating an error rate of a polarized channel generated through channel merging and demultiplexing using density evolution; And
Selecting an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel
Lt; / RTI &gt;
The step of calculating
Calculating a channel density of the polarized channel from a channel density of a discrete symmetric channel by approximating an operation used for the density evolution by a minimum value operation and calculating a channel density of the polarized channel based on the calculated channel density of the polarized channel, Calculates the error rate of the channel,
The step of calculating
Wherein a distribution of the channel density of the polarized channel is recursively calculated using a channel density of the discrete symmetric channel and a recursive equation defined on a binary tree having the discrete symmetric channel as a root.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 선정하는 단계는
상기 계산된 분극화된 채널의 오류율을 정렬한 후 기준 오류율보다 낮은 오류율을 가지는 일정 개수의 채널을 상기 정보 전송 채널로 선정하는 것을 특징으로 하는 극 부호 설계 방법.
The method according to claim 1,
The step of selecting
Arranging error rates of the calculated polarized channels, and selecting a certain number of channels having an error rate lower than a reference error rate as the information transmission channels.
채널 병합과 분리를 통해 생성되는 분극화된 채널의 오류율을 밀도 진화(density evolution)를 이용하여 계산하는 연산부; 및
상기 계산된 분극화된 채널의 오류율에 기초하여 정보 전송 채널을 선정하는 선정부
를 포함하고,
상기 연산부는
상기 밀도 진화에 사용되는 연산을 최소값 연산으로 근사화하여 이산대칭채널의 채널 밀도(channel density)로부터 상기 분극화된 채널의 채널 밀도를 계산하고, 상기 계산된 분극화된 채널의 채널 밀도에 기초하여 상기 분극화된 채널의 오류율을 계산하며,
상기 연산부는
상기 이산대칭채널을 뿌리(root)로 하는 이진 트리 상에서 상기 이산대칭채널의 채널 밀도와 미리 정의된 재귀식을 이용하여 상기 분극화된 채널의 채널 밀도의 분포를 재귀적으로 계산하는 극 부호 설계 장치.
An operation unit for calculating an error rate of a polarized channel generated through channel merging and demultiplexing using density evolution; And
And a selection unit for selecting an information transmission channel based on the calculated error rate of the polarized channel,
Lt; / RTI &gt;
The operation unit
Calculating a channel density of the polarized channel from a channel density of a discrete symmetric channel by approximating an operation used for the density evolution by a minimum value operation and calculating a channel density of the polarized channel based on the calculated channel density of the polarized channel, Calculates the error rate of the channel,
The operation unit
And a distribution of channel density of the polarized channel is recursively calculated using a channel density of the discrete symmetric channel and a recursive equation defined on a binary tree having the discrete symmetric channel as a root.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 선정부는
상기 계산된 분극화된 채널의 오류율을 정렬한 후 기준 오류율보다 낮은 오류율을 가지는 일정 개수의 채널을 상기 정보 전송 채널로 선정하는 것을 특징으로 하는 극 부호 설계 장치.
8. The method of claim 7,
The selecting unit
And arranges a predetermined number of channels having an error rate lower than a reference error rate as the information transmission channel after arranging error rates of the calculated polarized channels.
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