iscaas paper

8/2/2019 Iscaas Paper

1/4

L o w - P o w e r H y b r i d T u r b o D e c o d i n gB a s e d o n R e v e r s e C a l c u l a t i o n

H y e - M i C h o i , J i - H o o n K i m , a n d I n - C h e o l P a r kD e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d C o m p u t e r S c i e n c eK o r e a A d v a n c e d I n s t i t u t e o f S c i en c e a n d T e c h n o l o g y ( K A I S T )3 7 3 - 1 G u s e o n g - d o n g , Y u s e o n g - g u , D a e j e o n 3 0 5 - 7 0 1 , R e p u b l i c o f K o r e a{ h m c h o i , j h k i m , i c p a r k } g i c s . k a i s t . a c . k r

A b s t r a c t A s t u r bo d ec od i n g i s a h i g h l y m e m o r y - i n t e n s i v e a l g o r i t h m c a l l e d h y b r i d l o g - M A P . C o m p a r e d t o t h e l o s e ra l g o r i t h m c o n s u m i n g l a r g e p o w e r , a m a j o r i s s u e t o b e s o l v e d i n s t o r i n g m e t h o d t h a t a l w a y s a c c e s s e s t h e memory t o d e c i d ep r a c t i c a l i m p l e m e n t a t i o n i s t o r e d u c e p o w e r c o n s u m p t i o n . T h i s t h e p o s i t i o n a n d t h e v a l u e o f t h e l o s e r , t h e p r o p o s e d r e v e r s ep a p e r p r e s e n t s a n e f f i c i e n t r e v e r s e c a l c u l a t i o n m e t h o d t o l o w e r c a l c u l a t i o n m e t h o d s t o r e s a n d a c c e s s e s t h e l o s e r s e l e c t i v e l yt h e p o w e r c o n s u m p t i o n b y r e d u c i n g t h e n u m b e r o f memory o n l y when t h e l o s e r c a n n o t b e r e c o v e r e d b y t h e r e v e r s ea c c e s s e s r e q u i r e d i n t u r b o d e c o d i n g . The r e v e r s e c a l c u l a t i o n c a l c u l a t i o n .m e t h o d i s p r o p o s e d f o r t h e Max-log-MAP a l g o r i t h m , a n d i t i sc o m b i n e d w i t h a s c a l i n g t e c h n i q u e t o a c h i e v e a n e w d e c o d i n g I I . DECODING ALGORITHMS F O R TURBO C O D E Sa l g o r i t h m , c a l l e d h y b r i d l o g - M A P , t h a t r e s u l t s i n a s i m i l a r T u r b o c o d i n g r e q u i r e s 5150 d e c o d e r s t o g e n e r a t eB E R p e r f o r m a n c e t o t h e l o g - M A P a l g o r i t h m . F o r t h e W- .. .XCM stnad e x ei m n a r e s l t shwtat8%o e x t r i n s i c i n f o r m a t i o n a n d t h e l o g - l i k e l i h o o d r a t i o . E i t h e r t h eC m e m o r y a c c e s s e s a r e r ed u c ed t h ro u g h t h e p r o p o s e d r e v e r s e maximum a p o s t e r i o r i (MAP) a l g o r i t h m [ 7 ] o r t h e s o f t o u t p u tmemoryacessaerdcdtruhtepooerere V i t e r b i a l g o r i t h m ( S O V A ) [ 8 ] ca n b e u s e d f o r S I S Oc a l c u l a t i o n m e t h o d . A h y b r i d l o g - M A P t u r b o d e c o d e r b a s e d o n d e r b i n g . A ) [8]a n b e r s f o r mucht h e p r o p o s e d r e v e r s e c a l c u l a t i o n r e d u c e s p o w e r c o n s u m p t i o n d e c o d i n g . As M \ t A P - b a s e d t u r b o d e c o d e r s p r o v i d e mucha n d m e m o r y s i z e b y 3 4 . 4 % a n d 3 9 . 2 % , r e s p e c t i v e l y . b e t t e r p e r f o r m a n c e t h a n S O V A - b a s e d t u r b o d e c o d e r s , wef o c u s o n t h e M \ A P - b a s e d a l g o r i t h m i n t h i s w o r k .I . I N T R O D U C T I O N

T u r b o c o d i n g i n t r o d u c e d i n 1 9 9 3 [ 1 ] h a s b e e n r e p o r t e d A . M a x - l o g - I M A P a l g o r i t h mt h a t t h e t u r b o c o d e c a n a p p r o a c h t h e S h a n n o n ' s l i m i t w i t h i n a T h e M a x - l o g - M A P d e c o d e r d e c i d e s w h e t h e r a nf e w t e n t h s d B w i t h m o d e r a t e c o m p l e x i t y . H a v i n g t h i s i n f o r m a t i o n b i t u k 0 o r 1 d e p e n d i n g o n t h e l o g - l i k e l i h o o dr e m a r k a b l e p e r f o r m a n c e , t h e t u r b o c o d e h as f ou n d i t s way r a t i o L u w h i c h i s d e f i e d b e l o w .i n t o many s t a n d a r d i z e d s y s t e m s s u c h a s W - C D M A a n d R ( k )CDMA2000. A s t u r b o d e c o d i n g i s a h i g h l y m e m o r y - R ( U k ) = m a x [ a k - l ( S k - ) + r k ( S k - l S k ) + k ( S k ) li n t e n s i v e a l g o r i t h m , h o w e v e r , a s i g n i f i c a n t a m o u n t o f p o w e r U ( 1 )i s c o n s u m e d f o r memory a c c e s s e s , r e s u l t i n g i n a p o w e r - m a x [ a k - l ( S k - I ) + Y k ( S k - l S k ) + k ( S k ) 1b o t t l e n e c k t h a t l i m i t s t h e i n c o r p o r a t i o n o f t u r b o d e c o d e r s i n uc o m m e r c i a l h a n d - h e l d s y s t e m s . T o o v e r c o m e t h i s p r o b l e m , w h e r e S k i s a n e n c o d e r s t a t e a t t i m e k , U l i s t h e s e t o f a l ls e v e r a l l o w - p o w e r t e c h n i q u e s h a v e b ee n p ro po se d [ 2 ] - [ 6 ] . p o s s i b l e s t a t e t r a n s i t i o n s ( S k I S O k ) c o r r e s p o n d i n g t o t h eO n e o f t h e e f f i c i e n t m e t h o d s i s t h e r e v e r s e c a l c u l a t i o n t h a t c a s e o f u k = 1 , a n d U 0 i s s i m i l a r l y d e f i n e d . I f L R ( U k ) i sr e p l a c e s m e m o r y a c c e s s e s w i t h a d d i t i o n a l c o p t ai n Y .e p s m y a eh a l c o m p u t a t i o n s , g r e a t e r t h a n o r e q u a l t o z e r o , u k i s d e c i d e d t o 1 . O t h e r w i s e ,Wu e t a l . f i r s t p r o p o s e d t h e r e v e r s e c a l c u l a t i o n o f s t a t em e t r i c s [ 4 ] , b u t d i d n o t d e s c r i b e i m p l e m e n t a t i o n i s s u e s U k i s d e c I d e d t o 0 . I ( 1 ) , a k i s k w l )/ ( s , ) a n db e c a u s e t h e i r r e v e r s e c a l c u l a t i o n r e q u i r e s i m p r a c t i c a l l y l a r g e s k ( S k 1 e i S k ) a r t e t f o r w iwaa c a r d , a n d b r a n c h m e t r i c s ,l o o k u p t a b l e s . I n [ 5 ] , a l o s e r s t o r i n g m e t h o d f o r t h e M a x - l o g - r e s p e c t i v e l y . T h e m e t r i c s a r e c a l c u l a t e d a sM A P a l g o r i t h m w a s p r o p o s e d . I n t h e l o s e r s t o r i n g m e t h o d , a ( S k Mm a k I ( S k I ) + Y k ( S k - 1 S k ( 2 )o n l y t h e l o s e r s a r e s t o r e d i n t o a memory w h i l e t h e w i n n e r s S k , Ia r e r e c o v e r e d b y a p p l y i n g t h e r e v e r s e c a l c u l a t i o n . A p r a c t i c a lr e v e r s e c a l c u l a t i o n m e t h o d w a s p r o p o s e d f o r t h e l o g - M A P A k - 1 ( S k - 1 ) = m a x [ b k ( S k ) + Y k ( S k - I S k ( 3 )a l g o r i t h m a l o n g w i t h i t s i m p l e m e n t a t i o n i n [ 6 ] . H o w e v e r , t h e S ki m p l e m e n t a t i o n i s r e l a t i v e l y c o m p l e x a n d r e q u i r e s a l a r g e 1 4.L C (r k S k ) I = X l S k ( k e ( U k ) + L c y s ) + 4l o g i c o v e r h e a d . r k ( s k 2 2 kT h is p a p er p ro p o s e s a n e f f i c i e n t r e v e r s e c a l c u l a t i o nm e t h o d t o r e d u c e n o t o n l y memory p o w e r c o n s u m p t i o n b u t E q u a t i o n ( 4 ) i s d e r i v e d w i t h a s s u m i n g t h a t t h e c o d e i sa l s o memory s i z e . T h e p r o p o s e d r e v e r s e c a l c u l a t i o n m e t h o d t r a n s m i t t e d t h ro ug h a n AWGN c h a nn el w it h a n o i s e v a r i a n c ei s b a s e d o n t h e M a x - l o g - M A P a l g o r i t h m , a n d i t i s c o m b i n e d o f o 5 2 , w h e r e X k a n d Y k r e p r e s e n t t h e t r a n s m i t t e d c o d e w o r dw i t h a s c a l i n g t e c h n i q u e t o a c h i e v e a n e w d e c o d i n g

0 - 7 8 0 3 - 9 3 9 0 - 2 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 ) 2 0 0 6 I E E E 2 0 5 3 I S C A S 2 0 0 6


2/4

4 2 / 1 a X k + i = m a x ( a k + y p , 4+y ( 6 )0 C t X0P< t1 0 4 0 (( , J I f c a n d c c a n b e c a l c u l a t e d f r o m,. a n d 4 i n t h e

F i g u r e 1 . O n e b u t t e r f l y p a i r . s a m e d i r e c t i o n a s b a c k w a r d m e t r i c s , t h e m e m o r y a c c e s s c a nb e s u b s t i t u t e d b y c a l c u l a t i o n s . F r o m F i g . 1 a n d ( 6 ) , t h ed e c i s i o n o f a a a n d a a 4 c a n b e c a t e g o r i z e d i n t o 4 c a s e s a s4 7 4 s h o w n i n F i g . 2 .C k K i - Y I 1 ) C a s e lb 2 , 0@n ( i 3 a ) + ( ) z e 2k k Z 2 + 1 h - k B e c a u s e t h e v a l u e s o f a , + l a n d a , + , a r e d e t e r m i n e d b y a . 4C a s e 1 C a s e 2 b e l o w e q u a t i o n i s s a t i s f i e d .

aQ{< 4 a 4 1 a + 1 a + , Y p ( 7 )o k )------------------ 4 + c~~~~~~~~ ~ ~ ~ ~ , ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ k + 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ oa k o a a k o 1 = a k + r

C a s e 3 C a s e 4 F r o m ( 7 ) , we c a n s e e t h a t i f a , + l a n d a , + , c o m e f r o m a . 4F i g u r e 2 . F o u r c a s e s o f f o r w a r d m e t r i c c a l c u l a t i o n . a, - r a n d a . + 1 -- c a r e e q u a l t o t h e v a l u e o f a . 4 , a sa s s o c i a t e d w i t h t h i s t r a n s i t i o n , a n d t h e c o d e w o r d r e c e i v e d s h o w n b e l o w .f r o m t h e c h a n n e l , r e s p e c t i v e l y . A l s o , s u p e r s c r i p t s p a n d s i n a , - y p = a , + , - Y c = a k ( 8 )( 4 ) d e n o t e t h e p a r i t y b i t s a n d t h e s y s t e m a t i c b i t s , r e s p e c t i v e l y , 2 ) C a s e 2L e ( U k ) i s t h e e x t r i n s i c i n f o r m a t i o n r e c e i v e d f r o m t h e o t h e rS I S O d e c o d e r , a n d L c = 2 / . 2 T h i s c a s e i s v e r y s i m i l a r t o c a s e 1 , a n d w e c a n s e e t h a t i fa o a n d a k { + j come f r o m a O C , a k + - Y C a n d a k + 1 - a r eB . Log-MAP a l g o r i t h m eqa t

A s s o m e a p p r o x i m a t i o n s a r e u s e d i n t h e ma x f u n c t i o n s o f 1 0 o( 1 ) , ( 2 ) , a n d ( 3 ) , t h e r e i s p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n i n t h e a k + l - kY=+ l - =k ( 9 )M a x - l o g - M A P a l g o r i t h m c o m p a r e d t o t h e M \ A P a l g o r i t h m . I t 3 ) C a s e 3c a n b e i m p r o v e d b y u s i n g t h e m a x * f u n c t i o n [ 9 ] w h i c h i sd e f i n e d a s T h e v a l u e s o f a O k + j a n d a k { + j c o m e f r o m a O C a n d a k 4 a sm a x * ( x , y ) = m a x ( x , y ) + l n ( 1 + e K X Y ) ( 5 ) f o l l o w s .a l 4 +T o c a l c u l a t e e a c h m e t r i c i n l o g - M A P a l g o r i t h m , o n l y a k + l = a + Y ( 1 0 )ma x f u n c t i o n s i n ( 1 ) , ( 2 ) , ( 3 ) a r e r e p l a c e d w i t h m a x * a+ = + r ,f u n c t i o n . F r o m ( 6 ) a n d ( 1 0 ) , t h e f o l l o w i n g s a r e d e r i v e d .

1 1 1 . P R O P O S E D R E V E R S E C A L C U L A T I O N FOR MAX-LOG- k + 1 > + Y c ( 1 1 )MAP D E C O D I N G o > a k + r cS i n c e t h e c a l c u l a t i o n d i r e c t i o n s o f t h e t w o m e t r i c s a r e F r o m ( 1 0 ) a n d ( 1 1 ) , t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n s come o u t .d i f f e r e n t , i t i s i m p o s s i b l e t o c a l c u l a t e b o t h m e t r i c ss i m u l t a n e o u s l y . I f we c a n c a l c u l a t e t h e f o r w a r d m e t r i c s i n a l - Y c > a o - Y p = ( o 1 2t h e r e v e r s e d i r e c t i o n , t h e r e i s n o n e e d t o a c c e s s t h e m e m o r y o l k ( 1 )a n y m o r e , s a v i n g p o w e r c o n s u m p t i o n . A s s u m i n g t h a t a k + l -kY>kr Y = ( 4f o r w a r d m e t r i c s a r e c a l c u l a t e d p r i o r t o b a c k w a r d m e t r i c s , wew i l l p r e s e n t i n t h i s p a p e r a n e f f i c i e n t m e t h o d t o r e v e r s e l y h F r o m 1 2 ) , w e c a n s e e t h a t b e t w e e n t w o p a t h s c o n n e c t e d t ocalclath f o r a r d m e t i c s e a c h a k , t h e s m a l l e r o n e i S t h e v a l u e o f a k .a l c u l a t e t h e f o r w a r d m e t r i c s . k ' k -I n a b i n a r y s y s t e m , t w o b ra nc h t r a n s i t i o n s a p p e a r a s a 4 ) C a s e 4b u t t e r f l y p a i r . L e t u s c o n s i d e r o n e b u t t e r f l y p a i r s h o w n i nF i g . 1 . Evntog h r r or r n h s i utrl T h i s c a s e i s a n a l o g o u s t o c a s e 3 , a n d w e c a n d e r i v e t h eF i g . l . E v e n t h o u g h t h e r e a r e f o u r b r a n c h e s i n a b u t t e r f l y p a i r , folwn exrsin.t h e r e e x i s t o n l y t w o d i s t i n g u i s h a b l e b r a n c h m e t r i c v a l u e s r f o l l o w g e x p r e s s i o n s .a b u t t e r f l y p a i r [ 4 ] . T h e b r a n c h m e t r i c v a l u e s , y p a n d Y c ' a r e a k + l - Y P > a k + l - Y c = a k ( 1 3 )a l w a y s d i f f e r e n t e x c e p t t h e c a s e o f Y p = r C = 0 . I n t h e M a x - O C k + - > 6 4 C + 1 - Y r c = kl o g M A d e c o i n g a s 1 a d a + r c l u a e rma F r o m ( 1 3 ) , t h e s m a l l e r a C k + l - r i s t h e v a l u e o f 0 4 k a s i n c a s e 3 .

2 0 5 4


3/4

T A B L E I . S P E C I F I C A T I O N O F THE PR O PO S E D HYBRID LOG-MAP/;k] IV DECODERc o m p a r eK 4 4\X 1 = ' ( X a k W E,9K1 A p p l i c a t i o n W-CDMA t : B l o c k s i z e 1 0 2 4

c o m p a r e / |) S l i d i n g Window s i z e 3 2The number o f I t e r a t i o n 8 ( F i x e d )F i g u r e 3 . T h e s t r a t e g y f o r r e v e r s e c a l c u l a t i o n . S c a l i n g f a c t o r 0 . 8 7 5

R e c e i v e d i n p u t : ( 4 , 2 )E x t r i n s i c I n f o r m a t i o n : ( 6 , 2 )A . S t r a t e g y f o r R e v e r s e C a l c u l a t i o n Q u a n t i z a t i o n B r a n c h m e t r i c : ( 7 , 2 )Amon g t h e f o u r c a s e s , c a s e 1 a n d c a s e 2 c a n b e s a t i s f i e d S t a t e m e t r i c : ( 9 , 2 )s i m u l t a n e o u s l y i f a n d o n l y i f y r = Y r = 0 . T o a v o i d s u c h as i t u a t i o n , a l t h o u g h t h e s i t u a t i o n i s e x t r e m e l y r a r e , a z e r o - T h e r e v e r s e c a l c u l a t i o n m e t h o d f o r t h e M a x - l o g - M A Pv a l ue d b ra n ch m e t r i c i s r e p l a c e d b y a v a l u e o f m i n i m a l n o n - d e c o d i n g c a n b e a p p l i e d t o t h e l o g - M A P d e c o d i n g i f a l l t h ez e r o m a g n i t u d e . T h e r e p l a c e m e n t m a k e s t h e f o u r c a s e s m a x * f u n c t i o n s u s e d f o r t h e f o r w a r d m e t r i c c a l c u l a t i o n i n t h eu n i q u e a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r m a n c e l o g - M A P a l g o r i t h m a r e r e p l a c e d w i t h t h e m a x f u n c t i o n s .i n f l u e n c e i n d u c e d b y t h e r e p l a c e m e n t i s i g n o r a b l e . L o o k i n g T h i s r e p l a c e m e n t m a k e s t h e f o r w a r d m e t r i c c a l c u l a t i o n e q u a la t t h e a b o v e f o u r c a s e s , we c a n c a l c u l a t e t h e f o r w a r d m e t r i c s i n b o t h o f t h e l o g - M A P a n d M a x - l o g - M A P a l g o r i t h m s . T h ei n t h e r e v e r s e d i r e c t i o n , a s i s s u m m a r i z e d b e l o w , r e p l a c e d ma x f u n c t i o n l e a d s t o p e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n i n* When we c a l c u l a t e a , k + l f r o m a k , t h e o n l y a X k v a l u e t h e l o g - M A P a l g o r i t h m . S i n c e t h e b a c k w a r d m e t r i cw h i c h n e v e r w i n s i n t h e ma x c o m p e t i t i o n s o f ( 6 ) i s s a v e d c a l c u l a t i o n a n d L R ( U k ) c a l c u l a t i o n a r e s t i l l b a s e d o n t h ei n t o t h e m e m o r y . I f t w o v a l u e s f o r a max f u n c t i o n a r e m a x * f u n c t i o n e v e n i f t h e f o r w a r d m e t r i c c a l c u l a t i o n i se q u a l , t h e l o s e r i n t h e o t h e r ma x f u n c t i o n i s s a v e d i n t h e r e p l a c e d w i t h t h e max f u n c t i o n , t h e p e r f o r m a n c e o f t h em e m o r y . L a t e r w h e n we n e e d a k , we c a l c u l a t e a k f r o m h y b r i d l o g - M A P d e c o d i n g w i l l b e p l a c e d b e t w e e n t h ea , k + , a s d e s c r i b e d b e l o w . c o n v e n t i o n a l l o g - M A P a n d M a x - l o g - M A P d e c o d i n g s . I na d d i t i o n , m o r e p e r f o r m a n c e i m p r o v e m e n t i s e x p e c t e d i n t h e* F i r s t , we c a l c u l a t e t w o a k + l - y v a l u e s o n t h e p a t h s p r o p o s e d h y b r i d l o g - M A P d e c o d i n g i f i t i s a s s o c i a t e d w i t hc o n n e c t e d s t o a s t a t e o f a k , a s s h o w n i n F i g . 3 . t h e s c a l i n g t e c h n i q u e d u e t o t h e f e a t u r e s o f t h e M a x - l o g -* I f t h e s e v a l u e s a r e e q u a l , t h e n t h e y a r e t h e v a l u e o f a C k a s M A P d e c o d i n g [ 1 0 ] , [ 1 1 ] .i n d i c a t e d i n ( 8 ) a n d ( 9 ) . And t h e v a l u e o f a k o f t h e o t h e rs t a t e i n t h e b u t t e r f l y p a i r h a s t o b e l o a d e d f r o m t h e V . E X P E R I M E N T A L R E S U L T Sm e m o r y . T h e l a t t e r a k m u s t b e i n t h e memory b e c a u s e i t B a s e d on t h e p r o p o s e d h y b r i d l o g - M A P d e c o d i n g , awas t h e l o s e r i n t h e m a x c o m p e t i t i o n . t u r b o d ec od er o f w h i c h s p e c i f i c a t i o n i s p r e s e n t e d i n T a b l e I* I f t h e s e v a l u e s a r e d i f f e r e n t i n b o t h t h e s t a t e s o f a b u t t e r f l y w a s d e s c r i b e d i n V e r i l o g - H D L a n d s y n t h e s i z e d u s i n g a 0 . 1 8p a i r , e a c h s t a t e a k t a k e s t h e s m a l l e r v a l u e o f t w o a k + l - 7y t m s t a n d a r d - c e l l l i b r a r y a n d c o m p i l e d S R A M m e m o r i e s . I nv a l u e s , a s s h o w n i n ( 1 2 ) a n d ( 1 3 ) . S i n c e i n t h i s c a s e t h e T a b l e I , ( q , f ) d e n o t e s a q u a n t i z a t i o n s c h e m e t h a t u s e s q b i t st w o a k ' s c a n b e r e v e r s e l y c a l c u l a t e d f r o m t h e t w o a k + l ' S i n t o t a l a n d f b i t s t o r e p r e s e n t t h e f r a c t i o n a l p a r t .b e l o n g i n g t o t h e b u t t e r f l y p a i r , t h e r e i s n o n e e d t o s t o r e T a b l e I I s h o w s t h e memory s p e c i f i c a t i o n o f t h e p r o p o s e da n y a k ' S i n t o t h e m e m o r y . d e c o d e r , c o m p a r i n g w i t h t h e c o n v e n t i o n a l d e c o d e r a n d t h el o s e r s t o r i n g m e t h o d [ 5 ] . E m p l o y i n g t h e p r o p o s e d r e v e r s eT h i s s t r a t e g y s t o r e s , i t h e w o r s t c a s e , o n l y o n es k m i t h e c a l c u l a t i o n s c h e m e r e d u c e s t h e s t a t e memory s i z e b y 5 0 % .m e m o r y f o r a b u t t e r f l y p a i r , i s t e a d o f t w o a e k ' S r e q u i r e d i n T h e r e f o r e , t h e t o t a l m e m o r y s i z e i s r e d u c e d b y 3 9 . 2 % . T h et h e c o n v e n t i o n a l t u r b o d e c o d i n g . T h e r e f o r e t h e r e q u i r e d p r o p o s e d r e v e r s e c a l c u l a t i o n s c h e m e r e d u c e s t h e memorym e m o r y s i z e i S r e d u c e d t o a h a l f o f t h e o r i g i a l m e m o r y s i z e , a c c e s s e s b y a b o u t 8 0 % b e c a u s e t h e r e i s n o n e e d t o a c c e s s t h ea n d t h e n u m b e r o f m e m o r y a c c e s s e s i s r e d u c e d d r a s t i c a l l y . m e m o r y i f b o t h t h e m e t r i c s i n a b u t t e r f l y c a n b e r e v e r s e l yC o m p a r e d t o t h e l o s e r s t o r i n g m e t h o d [ 5 ] , t h e p r o p o s e d c a l c u l a t e d , w h i l e t h e l o s e r s t o r i n g m e t h o d r e d u c e s t h es t r a t e g y r e q u i r e s m e m o r y a c c e s s e s o n l y w h e n t h e l o s e r m e m o r y a c c e s s e s b y 5 0 0 o b e c a u s e o n e o f t w o m e t r i c s i n ac a n n o t b e r e c o v e r e d b y t h e r e v e r s e c a l c u l a t i o n , r e d u c i n g t h e b u t t e r f l y s h o u l d b e l o a d e d .n u m b e r o f m e m o r y a c c e s s e s s i g n i f i c a n t l y t h a n t h e l o s e r T h e p o w e r c o n s u m p t i o n o f t h e p r o p o s e d S I S O d e c o d e r i ns t o r i n g m e t h o d . 1 . 2 d B S N R i s p r e s e n t e d i n T a b l e I I I , c o m p a r e d t o t h ec o n v e n t i o n a l d e c o d e r a n d t h e l o s e r s t o r i n g m e t h o d . A s t h eI V . HYBRID L O G - M A P ALGORITHM S I S O l o g i c c o m p l e x i t y o f t h e h y b r i d l o g - M A P d e c o d e r i sI n t h i s s e c t i o n , we p r o p o s e a new d e c o d i n g a l g o r i t h m c o m p a r a b l e t o t h a t o f t h e l o s e r s t o r i n g m e t h o d , t h e l e s s t o t a lc a l l e d h y b r i d l o g - M A P , w h i c h g i v e s a l m o s t t h e s a m e p o w e r c o n s u m p t i o n i s e x p e c t e d d u e t o t h e l e s s p o w e rp e r f o r m a n c e a s t h e c o n v e n t i o n a l l o g - M A P a l g o r i t h m . T h e c o n s u m p t i o n i n t h e s t a t e m e m o r y .r e v e r s e c a l c u l a t i o n m e t h o d p r o p o s e d f o r t h e M a x - l o g - M A P T h e p r o p o s e d d e c o d e r i S d e s i g n e d w i t h 2 1 8 2 0 g a t e s ,d e c o d i n g i s a l s o a p p l i e d t o t h e h y b r i d l o g - M A P a l g o r i t h m , w h i l e t h e c o n v e n t i o n a l d e c o d e r r e q u i r e s 1 8 0 0 4 g a t e s w h e n* t h e y a r e s y n t h e s i z e d u n d e r t h e c o n s t r a i n t o f t h e s a m e

2 0 5 5


4/4

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T h e h y b r i d l o g - 1 N v l / \ P w i t h t h e s c a l i n u g f a c t o r s h o w s a h r i l o s t- , ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ E E - + z E ~ : - 1z-- z- z ~ : - z - z - 1 z - z -z-t h e same p e r f o r m a n c e a s t h a t o f t h e c o n v e n t i o n a l l o g - M A P-1 a l g o r i t h m . I n t h e w o r s t c a s e , t h e p e r f o r m a n c e o f t h e-- ---- T-- - - p r o p o s e d - d e c o d e r - a s s o c i a t e d - I - - - w i t h - - - s c a l i n g c d e r i s s o o n l y w i 0 . 0- - - - - - 3 - - - - _ _ l o w e r t h a n t h e c o n v e n t i o n a l l o g - M l A P d e c o d e r .1 O E 0 4 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ V I .ONCLU SION- - - - - T h i s p a p e r h a s p r e s e n t e d a n e w e f f i c i e n t r e v e r s e1E5 ~ ~ ~ ~ ~ - - - - :-: ------- --------- -------- c a l c u l a t i o n m e t h o d t o r e d u c e p o w e r c o n s u m p t i o n b y

1 O E6 - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 - - - - - - - -- - --- - m i n i m i z i n g memory a c c e s s e s r e q u i r e d i n t u r b o d e c o d i n g ,0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 2 1 4 a n d h as m od if i e d t h e l o g - M l A P a l g o r i t h m t o a p p l y t h eS N R ( d B ) p r o p o s e d r e v e r s e c a l c u l a t i o n . T h e h y b r i d l o g - M l A P a l g o r i t h m- 4 - c o n v e n f i o n a l l o g - M A P - + - \ M x l o g - M A P s h o w s a l m o s t t h e same p e r f o r m a n c e a s t h e l o g - M l A PE - l i h ' b r i d l I o u - M A P . t o u s a i i * I h y b r i d I o u - M A P i ~ v i t h s c a i n a l g o r i t h m . E x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t a b o u t 8 0 0f o r w a r d m e t r i c s c a n b e r e v e r s e l y c a l c u l a t e d i n t h e W-CDMlAF i g u r e 4 . P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o n o f f o u r a l g o r i t h m s , s t a n d a r d , p o w e r c o n s u m p t i o n a n d memory s i z e a r e r e d u c e db y a p p r o x i m a t e l y 3 5 0 0 a n d 4 0 0 0 , r e s p e c t i v e l y , c o m p a r e d t ot h e c o n v e n t i o n a l l o g - M l A P t u r b o d e c o d e r .

T A B L E I I . M E M O R Y S I Z E C O M P A R I S O N OF A 5 1 5 0 D E C O D E R F O RS I N G LE - P O RT S R A M . A c K N O W L E D G M E N T S~ [ C o n v e n t i o n a l LoerSo 1 n P r o p o s e d T h i s w o r k wa s s u p p o r t e d b y h i n s t i t u t e o f h i n f o r m a t i o nd e o d e r A [ M e t h o d 1 5 1 H y b M A P d e o d e r T e c h n o l o g y A s s e s s m e n t t h r o u g h t h e I T R C a n d b y t h e K o r e aB r n h 4 b a n k s , 3 2 * 1 0 4 b a n k s , 3 2 * 1 0 4 b a n k s , , 3 2 * 1 0 S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g F o u n d a t i o n t h r o u g h M V I C R O Srnh b i t s ! b a n k b i t s ! b a n k b i t s ! b a n k c e n t e r a n d b y I C D e s i g n E d u c a t i o n C e n t e r ( I D E C ) .e m o r y - -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 2 8 0i t s 1 2 8 0 b i t s 1 2 8 0 b i t s

A l p h a 2 b a n k s , , 8 b a n k s , , 3 2 * 9 8 b a n k s , , 3 2 * 9 REFERENCESs t a t e 3*98b i t s / b n b i s b a n k b i t s / b a n k [ 1 ] C . B e r r o u , , A . G l a v i e u x a n d P . T h i t i m a j s h i m a , , " N e ar s h an n o n l i m i tmemory 2304-------- bits ---error c o r r e c t i n g c o d i n g a n d d e c o d i n g : T u r b o c o d e s , , " i n P r o c . Of I n ._ _ _ _ _ _ _ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 4 6 0 8t 34bits 2 3 0 4 b i t s C o n f C o m m u n . , p p . 1 0 6 4 - 1 0 7 0 , , M a y 1 9 9 3 .F l a g Nne 3 2 b t s b a n k s N o n [ 2 ] C . S c h u r g e r s , , F . C a t t h o o r a n d M . E n g e l s , , " M e m o r y o p t i m i z a t i o n o fmemory - - - - - - - - - M A P t u r b o d e c o d e r a l g o r i t h m s , , " IEEE T r a n s . V L S I S y s t . , , v o l . 9 , , n o . 2 , ,~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 2 8 bits p.0-1, pi01T o t a l 5 8 8 8 b i t s 3 7 1 2 b i t s 3 5 8 4bitspp3512Ar20l_ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 0 0 0 0 6 3 . 0 0 0 6 0 . 8 0 0 [ 3 ] M . C . S h i n a n d I . C . P a r k , , "A p r o g r a m m a b l e t u r b o d e c o d e r f o rm u l t i p l e t h i r d - g e n e r a t i o n w i r e l e s s s t a n d a r d s , , " I E E E I n t . S o l i d - S t a t eC i r c u i t s C o n f . ( I S S C C ) , , p p . 1 5 4 - 1 5 5 , , F e b . 2 0 0 3 .T A B L E _ _ _ _ _ _ P O W E C O M P A R I S O N _ _F _ _ _ I S O _ D E C O D E R [ 4 ] Y . W u , , W. J . E b e l , , a n d B . D . W o e r n e r , , " F o r w a r d c o m p u t a t i o n o fConventionalILoeStrn T P r o p o s e d b a c k w a r d p a t h m e t r i c s f o r MAP d e c o d e r s , , " i n P r o c . Of V T C , ,l o g - M A P Loe t o i g h y b r i d l o g - r n i 2 2 5 7 - 2 2 6 1 l ' 2 0 0 0 .d e c o d e r 1 M e t h o d 1 5 1 MAP d e c o d e r [ 5 ] J . K w a k , , S . M . P a r k , , a n d K . L e e , , " R e v e r s e t r a c i n g o f f o r w a r d s t a t e

B r a n c h 7 4 . 7 4 2 7 4 . 7 4 2 7 4 . 7 4 ~ ~ ~ ~ m e t r i c i n l o g - M A P a n d m a x - l o g - M A P d e c o d e r s , , " i n P r o c . Of IEEEmemory 2 7 4 / M H 4 2 7 4 / M 7 4 2 7 4 M 7 4 I n t . S y m p . O n C i r c u i t s a n d S y s t e m s , , v o l . 2 , , p p . 2 5 - 2 8 , , M a y 2 0 0 3 .A l p h a t/l-z ~ t/llz ~ W/ll [ 6 ] D . S . L e e , , a n d I . C . P a r k , , " L o w - p o w e r l o g - M A P t u r b o d e c o d i n gS t p a t 5 7 3 . 3 4 2 6 1 . 8 0 1 4 6 . 5 9 b a s e d on r e d u c e d m e t r i c memory a c c e s s , , " i n P r o c . Of I E E E I n t . S y m p .m e m o r y ~ i W / M l - z ~ t W / M l - z ~ t W / M l - z O n C i r c u i t s a n d S y s t e m s , , p p . 3 1 6 7 - 3 1 7 0 , , M a y 2 0 0 5 .S e S o r 3 8 4 y 3 4 4 [ 7 ] P . M c A d a m , , L . W e l c h , , a n d C . W e b e r , , " M A P b i t d ec od i n g o fl o g i c i t W / M l - z N.AtW/Ml-z c o n v o l u t i o n a l c o d e s , , " I n t . S y m p . on i n f o r m . T h e o r y , , p . 9 1 , , 1 9 7 2 .1 1 9 6 . 5 5 NA785.76 [ 8 ] J . H a g e n a u e r a n d P . H o b b e r , , "A V i t e r b i a l g o r i t h m w i t h s o f t - d e c i s i o nT o t a l ~ t W / M l - z N . t W / M l - z o u t p u t s a n d i t s a p p l i c a t i o n s , , " IEEE G L O B E C O M , , p p . 4 7 . 1 . 1 - 4 7 . 1 . 7 ! ,

1 0 0 0 0 N.A 6 5 . 6 0 0 0 N o v . 1 9 8 9 .~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ [ 9 ]. R o b e r t s o n , , E . V i l l e b r u n , , a n d P . H o e h e r , , "A c o m p a r i s o n o f o p t i m a lf r e q u e n c y ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ a n du b - o p t i m a l MAP d e c o d i n g a l g o r i t h m s o p e r a t i n g i n t h e l o go p e r a t i o n f e u n y o f 2 0 0 M H - z . T h e l o g i c c o m p l e x i t y o f t h e d o m a i n , , " P r o c . O f I C C ! , p p . 1 0 0 9 - 1 0 1 3 , , J u n e 1 9 9 5 .p r o p o s e d d e c o d e r i s i n c r e a s e d b y 2 1 . 2 0 0 . The c r i t i c a l p a t h [ 1 0 ] J . V o g t a n d A . F i n g e r , , " I m p r o v i n g t h e m a x - l o g - M A P t u r b od e l a y i s 4 . 7 4 n s . A s a r e s u l t , t h e p r o p o s e d d e c o d e r c a n d e c o d e r s , , " E l e c t r o n i c s L e t t e r s , , V o l u m e 3 6 , , I s s u e 2 3 , , p p . 1 9 3 7 - 1 9 3 9 ! ,o p e r a t e a t a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 M H z , w h i c h i s e n o u g h t o m e e t N o v . 2 0 0 0 .

iscaas paper

Documents