多层式型NAND闪存中Polar码的应用研究

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Polar码是一种基于信道极化理论的新型信道编码方法,且能够达到二进制离散无记忆信道的信道容量,同时其编译码复杂度较低。Polar码在各种应用方面的研究受到了广泛关注。多层式单元(Multi-Level Cell,MLC)型NAND闪存作为一种非易失性存储,凭借其存储容量大、功耗低及存储成本小,已成为存储市场中的主流。但由于其存储密度的增加导致了数据存储的可靠性降低,从而极大地缩短了闪存的使用寿命。纠错码(Error Correction Code,ECC)技术能够有效地改善闪存的存储可靠性,延长闪存的使用寿命。因此,本文研究Polar码在MLC型NAND闪存中的应用,主要研究成果如下:首先,针对MLC型NAND闪存中Polar码的构造问题,论文提出了一种基于闪存单元阈值电压分布的Polar码构造方法。该方法利用闪存单元阈值电压分布的方差特性计算各存储单元比特的巴氏参数值,进而完成Polar码的构造。同时,在此基础上提出了一种基于闪存单元比特存储可靠度的Polar码删余算法。该算法通过各存储单元比特的巴氏参数计算其相应的存储可靠度,选取存储可靠度较低的闪存单元比特作为删余比特以实现Polar码的删余。数值仿真结果表明,在MLC型NAND闪存信道中,相比较加性高斯白噪声信道(AWGN)下的几种Polar码构造方法,基于闪存单元阈值电压分布的Polar码构造方法具有更优的误码率(BER)性能;相比于随机删余法和截止树删余法,在同等删余码率条件下,基于闪存单元比特存储可靠度的Polar码删余方法具有更低的误码率。其次,针对以上Polar码构造方法在较低信噪比时其性能低于其他构造方法,论文提出一种基于闪存信道模型参数变换的Polar码构造方法。该方法通过模拟闪存中存储数据的读取过程对信道的构造方差进行了重构整合以进行Polar码的构造。并且,提出了一种基于存储比特读取正确性的Polar码删余算法以进一步提升闪存的存储效率。数值仿真结果表明,与其他构造方法相比,基于闪存信道模型参数变换的Polar码构造方法在低信噪比时的性能得到了极大得改善,说明该方法更加完整准确地体现出MLC型NAND闪存信道模型的特征;在同等码率条件下,基于存储比特读取正确性的删余Polar码比随机删余法和截止树删余法具有更优的性能。
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