OPTIMIZATION OF MATRIX STORAGE USING A MULTI-LEVEL DECODER
Authors: Хорошайлова М.В. , Каграманов Э.Э. , Карташов В.С. , Иванова С.С. 
Published: September 2024

предлагается многоуровневый декодер для декодирования квазициклических низкоплотностных кодов с несколькими ребрами (QC−LDPC) с использованием графического процессора (ГП) в системах квантового распределения ключей с непрерывной переменной (НПКРК). Коды с контролем четности низкой плотности обладают отличными характеристиками исправления ошибок и широко применяются в различных системах связи. Ключевое ограничение, которое приводит к низкой скорости декодирования, связано с тем фактом, что успешное декодирование при очень низком отношении сигнал/шум требует большого числа итераций. Поэтому здесь для ускорения сходимости декодирования используется алгоритм многоуровневого распространения доверия (BP). Однако пропускная способность декодирования во время постобработки является одним из основных препятствий, возникающих в системе квантового распределения ключей с непрерывной переменной. Исходя из этой проблемы, предлагается провести оптимизацию методов хранения, которые непосредственно имеют связь с матрицей проверки четности. Оптимизация заключается в объединение подматриц, не имеющих связей между собой, и проведение параллельного декодирования некоторого количество кодовых слов с применением GPU. Для верификации методики было проведено моделирование. В ходе моделирования получены данные, демонстрирующие, что усредненная скорость процедуры декодирования LDPC-кода с тремя типичными кодовыми скоростями, т.е. 0,15, 0,06 и 0,03, достигает 57,12 Мбит/с, 48,25 Мбит/с и 35,51 Мбит/с, соответственно, при одновременном декодировании 128 кодовых слов длиной 106 без преждевременного завершения

A multilevel decoder is proposed for decoding quasi-cyclic low-density multi-edge codes (QC-LDPC) using a graphics processor (GPU) in continuous variable quantum key distribution systems (NPCRCS). Low-density parity codes have excellent error correction characteristics and are widely used in various communication systems. The key limitation that leads to a low decoding rate is due to the fact that successful decoding at a very low signal-to-noise ratio requires a large number of iterations. Therefore, the multilevel Trust Propagation (BP) algorithm is used here to accelerate decoding convergence. However, the decoding bandwidth during postprocessing is one of the main obstacles encountered in a continuous variable quantum key distribution system. Based on this problem, it is proposed to optimize storage methods that are directly related to the parity check matrix. Optimization consists in combining submatrices that have no connections with each other and conducting parallel decoding of a certain number of code words using the GPU. A simulation was carried out to verify the methodology. During the simulation, data were obtained demonstrating that the average speed of the LDPC decoding procedure with three typical code speeds, i.e. 0.15, 0.06 and 0.03, reaches 57.12 Mbit/s, 48.25 Mbit/s and 35.51 Mbit/s, respectively, with simultaneous decoding of 128 code words with a length of 106 without premature completion