PDEPE: CMOS-реалізація полярного кодера з ефективним енергоспоживанням і малою затримкою для сучасних систем зв’язку

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024090048

Ключові слова:

сучасна система зв’язку, полярний код, генераторна матриця, КМОН, CMOS, 22-нм технологія

Анотація

Полярні коди є простими та ефективними канальними кодами для дискретних каналів без пам’яті з двійковим входом. Завдяки низькій складності кодування та декодування, полярний код задіяний бездротовими системами зв’язку п’ятого покоління (5G) в якості схеми кодування для каналів управління. У цій роботі розроблено і реалізовано з використанням 22-нм CMOS технології малопотужний і швидкодіючий полярний кодер, а саме полярний кодер з ефективними енергоспоживанням і малою затримкою PDEPE (Power and Delay Efficient Polar Encoder). Для аналізу запропонованої конструкції враховано три основні параметри: напруга живлення VDD, співвідношення сторін NMOS транзистора W/L, і транспровідність KPN. Запропоновану конструкцію PDEPE вдосконалено за допомогою пропонованого оптимізаційного підходу, заснованого на методах виключення спільних підвиразів. Згідно з результатами синтезу, добуток потужності на затримку PDP (power delay product) запропонованої конструкції покращено на 54, 40 та 44%, відповідно, по відношенню до VDD, W/L та KPN відповідних конструкцій. Запропонована конструкція споживає менше енергії і працює швидше, ніж звичайний полярний (8, 4) кодер. Вона краще підходить для сучасних систем зв’язку, таких як 5G.

Посилання

  1. E. Arikan, “Channel polarization: a method for constructing capacity-achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 55, no. 7, pp. 3051–3073, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TIT.2009.2021379.
  2. M. V Patil, S. Pawar, Z. Saquib, “Coding techniques for 5G networks: a review,” in 2020 3rd International Conference on Communication System, Computing and IT Applications (CSCITA), 2020, pp. 208–213, doi: https://doi.org/10.1109/CSCITA47329.2020.9137797.
  3. S. Zhao, P. Shi, B. Wang, “Designs of Bhattacharyya parameter in the construction of polar codes,” in 2011 7th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2011, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/wicom.2011.6040179.
  4. R. Mori, T. Tanaka, “Performance of polar codes with the construction using density evolution,” IEEE Commun. Lett., vol. 13, no. 7, pp. 519–521, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2009.090428.
  5. H. Mahdavifar, M. El-Khamy, J. Lee, I. Kang, “Fast multi-dimensional polar encoding and decoding,” in 2014 Information Theory and Applications Workshop (ITA), 2014, pp. 1–5, doi: https://doi.org/10.1109/ITA.2014.6804236.
  6. H. Yoo, I.-C. Park, “Partially parallel encoder architecture for long polar codes,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 62, no. 3, pp. 306–310, 2015, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2014.2369131.
  7. M. Ayinala, M. Brown, K. K. Parhi, “Pipelined parallel FFT architectures via folding transformation,” IEEE Trans. Very Large Scale Integr. Syst., vol. 20, no. 6, pp. 1068–1081, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TVLSI.2011.2147338.
  8. K. Chen, K. Niu, J. Lin, “Improved successive cancellation decoding of polar codes,” IEEE Trans. Commun., vol. 61, no. 8, pp. 3100–3107, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TCOMM.2013.070213.120789.
  9. C. Leroux, A. J. Raymond, G. Sarkis, I. Tal, A. Vardy, W. J. Gross, “Hardware implementation of successive-cancellation decoders for polar codes,” J. Signal Process. Syst., vol. 69, no. 3, pp. 305–315, 2012, doi: https://doi.org/10.1007/s11265-012-0685-3.
  10. G. Sarkis, P. Giard, A. Vardy, C. Thibeault, W. J. Gross, “Fast polar decoders: algorithm and implementation,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 32, no. 5, pp. 946–957, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/JSAC.2014.140514.
  11. Y. Fan et al., “A low-latency list successive-cancellation decoding implementation for polar codes,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 34, no. 2, pp. 303–317, 2016, doi: https://doi.org/10.1109/JSAC.2015.2504318.
  12. H. ‐R. Yun, H. Lee, “Simplified merged processing element for successive‐cancellation polar decoder,” Electron. Lett., vol. 52, no. 4, pp. 270–272, 2016, doi: https://doi.org/10.1049/el.2015.3432.
  13. K. Niu, P. Zhang, J. Dai, Z. Si, C. Dong, “A golden decade of polar codes: from basic principle to 5G applications,” China Commun., vol. 20, no. 2, pp. 94–121, 2023, doi: https://doi.org/10.23919/JCC.2023.02.015.
  14. С. Трипати, Р. К. Майти, Д. Джана, Д. Саманта, Д. Бхаумик, “Миниатюрный кодек коррекции многобитных смежных ошибок на базе FPGA для применения в SRAM,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 10, pp. 633–643, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020100040.
  15. F. Gabry, V. Bioglio, I. Land, J.-C. Belfiore, “Multi-kernel construction of polar codes,” in 2017 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops), 2017, pp. 761–765, doi: https://doi.org/10.1109/ICCW.2017.7962750.
  16. A. Arpure, S. Gugulothu, “FPGA implementation of polar code based encoder architecture,” in 2016 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP), 2016, pp. 0691–0695, doi: https://doi.org/10.1109/ICCSP.2016.7754231.
  17. X.-Y. Shih, P.-C. Huang, Y.-C. Chen, “High-speed low-area-cost VLSI design of polar codes encoder architecture using radix-k processing engines,” in 2016 IEEE 5th Global Conference on Consumer Electronics, 2016, pp. 1–2, doi: https://doi.org/10.1109/GCCE.2016.7800526.
  18. C. Zhang, J. Yang, X. You, S. Xu, “Pipelined implementations of polar encoder and feed-back part for SC polar decoder,” in 2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 2015, pp. 3032–3035, doi: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2015.7169326.
  19. X. Wang et al., “An optimized encoding algorithm for systematic polar codes,” EURASIP J. Wirel. Commun. Netw., vol. 2019, no. 1, p. 193, 2019, doi: https://doi.org/10.1186/s13638-019-1491-4.
  20. K. Ravali, N. R. Vijay, S. Jaggavarapu, R. Sakthivel, “Low power XOR gate design and its applications,” in 2017 Fourth International Conference on Signal Processing, Communication and Networking (ICSCN), 2017, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/ICSCN.2017.8085699.
  21. S. M. Kang, Y. Leblebici, CMOS Digital Integrated Circuits. New York: McGraw-Hill, 2003.
  22. S. Bari, D. De, A. Sarkar, “Low power and high speed design issues of CMOS Hamming code generation and error detection circuit at 22 nm and 16 nm channel length of MOS transistor,” Microsyst. Technol., vol. 27, no. 2, pp. 601–612, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-018-4143-4.
  23. X.-Y. Shih, P.-C. Huang, H.-R. Chou, “VLSI design and implementation of a reconfigurable hardware-friendly polar encoder architecture for emerging high-speed 5G system,” Integration, vol. 62, pp. 292–300, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.vlsi.2018.03.015.
  24. I. Ganesan, A. A. A. Balasubramanian, R. Muthusamy, “An efficient implementation of novel Paillier encryption with polar encoder for 5G systems in VLSI,” Comput. Electr. Eng., vol. 65, pp. 153–164, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2017.04.026.
  25. J. Samanta, J. Bhaumik, S. Barman, “FPGA based area efficient RS(23, 17) codec,” Microsyst. Technol., vol. 23, no. 3, pp. 639–650, 2017, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-016-3058-1.
  26. I. El Kaime, A. A. Madi, H. Erguig, “A survey of polar codes,” in 2019 7th Mediterranean Congress of Telecommunications (CMT), 2019, pp. 1–7, doi: https://doi.org/10.1109/CMT.2019.8931392.
  27. J. Samanta, A. Kewat, “Compact and high-speed Hsiao-based SEC-DED codec for cache memory,” J. Circuits, Syst. Comput., vol. 31, no. 01, 2022, doi: https://doi.org/10.1142/S0218126622500049.
  28. H. D. Pfister, “A brief introduction to polar codes,” 2014. uri: https://ru.scribd.com/document/433569365/testedPolarDelJunk.
Структура об’єднання G8 з вісьмома каналами

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-26

Як цитувати

Дас, С. К., Маіті, Р. К., Саманта, Д., Чоудхурі, Д., Бардхан, С., & Майіті, Х. (2024). PDEPE: CMOS-реалізація полярного кодера з ефективним енергоспоживанням і малою затримкою для сучасних систем зв’язку. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(10), 592–604. https://doi.org/10.20535/S0021347024090048

Номер

Том 67 № 10 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.