高吞吐量LDPC碼編碼構造及其FPGA實現.pdf

1、低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數字電視地面?zhèn)鬏敇藴?、歐洲第二代衛(wèi)星數字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術之一。 當今LDPC碼

2、構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法?；谏删仃嚨木幋a算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜

3、合實現的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環(huán)移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Ex

4、pansion）實現的。在此基礎上，為了實現可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結構，便于硬件實現；（偽）隨機生成的循環(huán)移位系數能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現

5、復雜度近似與碼長成正比?？紤]到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，Forward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數大致相同。 這種碼字構造和編碼聯合設計方案具有以下優(yōu)勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的

6、寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應、信源信道及調制聯合編碼方向發(fā)展