NAND闪存系统中的纠错编码关键技术研究

Increase of storage density leads to severe inter-cell interference and noises in a NAND flash memory system which needs more powerful error correcting codes to protect the data. Spatially coupled (SC) codes possessing low encoding complexity, capacity-approaching performance and very low bit error rate (BER) can meet the main requirements of a NAND flash memory system. Based on the rank modulation structure, this project proposes to construct an iterative scheme of SC decoder and RM demodulator on which the encoding structure of SC codes are improved with finite-length EXIT chart and the PEG algorithm. The windowed decoding algorithm together with the min-sum algorithm is introduced to decrease decoding latency and complexity. Meanwhile, the performances of SC codes are simulated on software and hardware platforms. Furthermore the finite-length scaling law is used to analyze the system. This project will help to provide new technologies and theories about error correcting codes for next-generation flash memory systems and benefit the application of SC codes in other communication systems.

随着存储密度的增加，单元间干扰和层间噪声日益严重，NAND闪存系统迫切需要功能更加强大的纠错码来保证数据的可靠性。空间耦合（spatially coupled，SC）码具有NAND闪存系统所要求的低复杂度编码结构、优异纠错性能、极低误码率等特点。鉴于此，本项目基于NAND闪存系统的分级调制（rank modulation，RM）结构，拟搭建"SC码-分级调制"迭代架构，并在此架构上利用有限码长EXIT方法和PEG算法设计SC码的编码结构，以进一步提高纠错性能；引入滑窗译码算法和最小和算法简化SC码的译码过程，以降低译码时延和复杂度，提高NAND闪存读写速度；同时借助软硬件仿真平台验证系统性能，并利用有限码长比例法则，从理论上分析NAND闪存系统中的SC码性能，探寻决定其性能的关键参数。本项目的研究成果为下一代闪存系统中的纠错码技术发展提供理论支持，并有助于推动SC码在实际通信系统中的应用。

课题组经过为期3年的探索和研究，较为顺利地完成了NAND闪存系统中纠错码（error correction code，ECC）技术的分析和设计。. 为了满足NAND闪存系统高存储密度、高可靠性的要求，课题组对两边类型LDPC（two-edge type LDPC，TET-LDPC）码进行了优化设计，得到的高码率TET-LDPC码具有比传统码型更加优秀的纠错性能。. 为了结合NAND闪存系统新近出现的分级调制（rank modulation，RM）技术，课题组研究了ECC和RM的级联架构（简称ECC-RM级联架构）。首先提出了预处理算法，有效纠正了RM解调器输出的非法符号；进而选取多进制LDPC（non-binary LDPC，NBLDPC）码作为级联架构中的ECC，并针对NBLDPC-RM级联架构上传输的基于符号的硬信息，提出了符号选择译码算法；接着针对NBLDPC-RM级联架构上传输的基于概率的软信息，优化设计了可以输出软信息的RM解调器，并引入BP（belief propagation）软判决译码算法，进一步提高了纠错性能；最后通过搭建NBLDPC-RM级联架构的硬件仿真平台，检验了该级联架构在极低误码率下的性能。. 在该项目的资助下，课题组共发表相关科研论文8篇，其中EI收录1篇，其他国际刊物论文2篇，国内核心刊物论文3篇，另外被SCI源刊物录用论文2篇，参加1次相关领域重要国际会议，并邀请了2位国际知名专家作相关领域的学术报告。