面向闪存系统的ldpc纠错码技术研究

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1、硕士学位论文面向闪存系统的LDPC纠错码技术研究RESEARCHONLDPCERRORCORRECTINGCODESTECHNOLOGYFORNANDFLASHMEMORYSYSTEMS武贺峰哈尔滨工业大学2016年7月国内图书分类号：TP334.9学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文面向闪存系统的LDPC纠错码技术研究硕士研究生：武贺峰导师：乔立岩教授申请学位：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2016年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP334.9U.D.C:621.38D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONLDPCERRORCORRECTINGCODESTECHNOLOGYFORNANDFLASHMEMORYSYSTEMSCandidate：HefengWuSupervisor：Prof.LiyanQiaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofElectricEngineeringDateofDefence：July

3、,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要闪存（Flashmemory）系统在使用过程中会不可避免地受到各种干扰而产生误码，因此通常需要引入纠错码（ErrorCorrectingCode，ECC）来保证数据存储的可靠性。LDPC码（LowDensityParity-CheckCode）是一种线性分组纠错码，因为其具有接近香农限的纠错性能在通信领域得到了广泛应用，但是LDPC码译码复杂度高，译码过程消耗时间长，限制了其在闪存系统中的应用。本文针对上述实际问题，研究了闪存系统的物理特性和LDPC码的基本理

4、论，在此基础上提出了以较小代价获取较高精度软信息的方法，以提高LDPC译码器的性能，并将该优化方法从二进制LDPC码扩展至多进制LDPC码。本文的主要研究内容和取得的成果如下：1、LDPC码原理研究与参数设计。LDPC码的几个主要模块：矩阵构造算法，编码算法以及译码算法，都有多种不同的算法实现方式。闪存系统有其特殊的物理特性，对纠错码的各项参数都有限制，比如固定页宽度、超高码率等。本文在完成LDPC码的原理研究和MATLAB仿真的基础上，对已有算法进行调整，重新选择编码的各项参数，设计符合闪存系统实际应用的编码方案。2、提出了基于闪存错误特征的联合译码策略。LDPC码译码器的迭代效率受

5、软信息精度影响，而以往闪存系统纠错方案中获取软信息的时间、空间代价过大。本文在对闪存系统驻留错误数据进行总结的过程中，发现MLC闪存的存储单元中驻留错误引起的位跳变存在一定的规律。根据这种规律，可以在原始错误率的基础上计算位错误率，提高软信息精度，加快LDPC码译码的迭代收敛速度，即减少译码时间消耗，同时增强纠错能力。进行了二进制LDPC码的对比实验，验证了该优化策略能够显著提高二进制LDPC码的时间效率和纠错能力。3、研究了面向闪存系统的多进制LDPC码。多进制LDPC码是二进制LDPC码在高阶有限域GF(q)的扩展，其已经被证明具有比二进制LDPC码更强的纠错能力，但多进制LDPC

6、码的译码复杂度比二进制LDPC码更高。本文研究了多进制校验矩阵的构造方法和译码算法优化过程。在完成多进制LDPC码仿真的基础上，将联合译码方案应用于多进制LDPC码，经实验验证联合译码策略对多进制LDPC的迭代效率和纠错能力均有较大幅度的提升。关键词：闪存系统；纠错码；多进制LDPC码；矩阵构造；译码算法-I-AbstractFlashmemorysystemsalwayssufferfrombiterrorsduetovariousinterferencesinuse,soitisnecessarytointroduceerrorcorrectingcodes(ECC)toensur

7、ethereliabilityofthedata.LDPC(LowDensityParityCheck)codeisakindoflinearblockerrorcorrectingcode,whichhasanoutstandingerrorcorrectingperformancenearShannonlimit.Ithasreceivedmoreandmoreattentionfromresearchers.However,theLDPC