차세대 유럽형 디지털 위성 방송을 위한 LDPC decoder의 설계

Abstract

차세대 유럽형 디지털 위성 방송의 표준인 DVB-S2 (second generation Digital Video Broadcasting for satellite)는 다양한 변조 방식과 Bose Chaudhuri- Hocquenghem(BCH), Low Density Parity Check(LDPC) 코드를 사용함으로써 DVB-S보다 약 30% 이상의 성능이 향상된 시스템이다. LDPC 코드는 패리티 검사 행렬의 ‘1’의 개수가 적은 특성을 가지고 있는데, 부호화시 그런 특성이 사라져서 복잡도가 커지는 단점이 있다. 따라서 그를 보완하기 위한 여러 가지 부호 알고리즘이 제안되었는데, 패리티 검사 행렬의 특성을 그대로 유지하면서 부호화 시킬 수 있는 방법으로 Richardson이 제안한 방식과 GLD 방식 그리고 semi-random 방식이 있다. 부호화된 LDPC 코드를 복호시키는 알고리즘으로는 합∙곱 알고리즘과 최소∙합 알고리즘 그리고 최소∙합 알고리즘을 보완한 수정된 최소∙합 알고리즘이 있다. 합∙곱 알고리즘은 성능이 좋은 반면 복잡도가 크다. 그를 보완한 알고리즘으로 최소∙합 알고리즘은 연산의 복잡도가 합∙곱 알고리즘보다 작은 반면 성능이 줄어드는 단점이 있다. 따라서 성능 부분을 보완하기 위해 제안된 알고리즘이 수정된 최소∙합 알고리즘이다. 본 논문은 수정된 최소∙합 알고리즘을 적용하여 DVB-S2를 위한 LDPC 복호기를 Hardware로 구현하였다. 먼저 DVB-S2에서 제시된 방식으로 LDPC 부호기를 생성했다. 그리고 최소∙합 알고리즘과 합∙곱 알고리즘의 성능 차이를 보상하는 scaling factor를 적용하여 합∙곱 알고리즘에 근접한 성능을 나타내면서 복잡도를 줄인 LDPC 복호기를 Verilog-HDL을 이용하여 Hardware로 구현하였다. 반복 복호를 통해 오류를 정정하는 것을 확인하였고, 전체 면적이 2.4M 게이트로서 합∙곱 알고리즘의 경우보다 약 15% 감소하고, 메모리 역시 약 6% 감소하였다.;This paper presents the design of LDPC (Low Density Parity Check) decoder for DVB-S2. DVB-S2 is the second-generation satellite broadcasting standard developed by DVB (Digital Video Broadcasting). DVB-S2 has a goal of 30 % capacity increase over DVB-S under the same transmission conditions. Therefore, DVB-S2 chose a solution based on low-density parity check (LDPC) codes. LDPC encoder is first implemented using C language. Then LDPC decoder is implemented in Verilog-HDL based on modified min sum algorithm where the computations are less complex compared with the sum product algorithm. The total gate count is 2.4 M, which is 15% less than sum product algorithm and memory requirement is also decreased by 6%.