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JSSC 2021第2期RF & Wireless40nm

A Configurable Successive-Cancellation List Polar Decoder Using Split-Tree Archit

提出一种可配置的分裂树SCL极化解码器,通过并行解码提升吞吐量和降低延迟。
40nm CMOS, 0.9V, 3.25Gb/s, 13.2pJ/b
极化码SCL解码分裂树并行解码低功耗
创新点1:分裂树SCL解码算法(方法创新) - 提出了一种新颖的分裂树解码算法,将极化码的解码树划分为多个子树并行处理,显著降低了传统SCL解码的延迟,同时通过子解码器间的决策协调保持了纠错性能。该算法在1024位码长下实现3.25Gb/s吞吐量。
创新点2:帧交织架构设计(系统创新) - 利用硬件资源空闲时段引入帧交织技术,使多个数据帧在解码流水线中重叠处理,将系统吞吐量提升至理论峰值8倍,实测达到42.8mW功耗下的3.25Gb/s吞吐效率。
创新点3:动态时钟门控电路(电路创新) - 开发了基于解码活动模式的动态时钟门控机制,通过实时关闭非活跃子解码器模块的时钟信号,将能耗降低至13.2pJ/bit,相比传统固定时钟架构节能37%。
创新点4:可配置硬件架构(系统创新) - 采用参数化设计支持1-1024位可变码长和动态码率配置,通过40nm测试芯片验证了架构灵活性,芯片面积仅0.64mm²且兼容5G eMBB控制信道要求。
Abstract
Polar codes are capacity-achieving channel codes and they have recently been adopted for fifth-generation (5G) enhanced mobile broadband (eMBB) control channels. Using successive cancellation list (SCL) decoding, the error-correction performance of polar codes can surpass state-of-the-art codes of a comparable length. However, the sequential SC decoding incurs a long latency, and list decoding requires complex tracking of candidates. We present a split-tree SCL decoder that works by dividing a po