基于OpenCL的QC-LDPC譯碼器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、LDPC碼（Low-Density Parity-Check Codes，低密度奇偶校驗(yàn)碼）作為一種能逼近Shannon容量限的漸進(jìn)“好”碼，現(xiàn)已成為信道編碼領(lǐng)域最受矚目的研究熱點(diǎn)之一。在實(shí)際工程應(yīng)用中，準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼（Quasi-Cyclic LDPCCodes，QC-LDPC碼）以其碼字設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的特點(diǎn)，正逐漸取代Turbo碼。而大部分的QC-LDPC譯碼器是通過硬件（如FPGA、VLSI和DSP等）實(shí)現(xiàn)，只適合固定碼長(zhǎng)和碼率的

2、QC-LDPC碼，靈活性和擴(kuò)展性較低，無法滿足當(dāng)前多變的工程應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的QC-LDPC譯碼器對(duì)于實(shí)際工程的應(yīng)用具有重要的意義。
　　隨著科技的快速發(fā)展，圖形處理單元（GPU，Graphic Processing Unit）的性能也在逐步的提高，它現(xiàn)在已發(fā)展成為并行度高、多線程、計(jì)算快速、存儲(chǔ)器帶寬大的高性能通用計(jì)算設(shè)備。而OpenCL作為GPU平臺(tái)的編程框架，具有較好的編程規(guī)范性和移植性。因此，基于OpenCL研究和

3、實(shí)現(xiàn)的QC-LDPC譯碼器不但可以實(shí)現(xiàn)并行譯碼算法，而且具有突出的靈活性和擴(kuò)展性，對(duì)目前多變的工程應(yīng)用具有廣泛的實(shí)用前景。
　　本文首先對(duì)LDPC譯碼算法進(jìn)行了深入研究和分析，對(duì)Gallager提出的概率譯碼算法從原理出發(fā)給出了推導(dǎo)和證明，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步的給出了概率域的BP算法、對(duì)數(shù)域的BP算法、最小和算法以及改進(jìn)最小和算法的推導(dǎo)和證明，通過仿真又分析和比較了這些譯碼算法的譯碼性能。然后，對(duì)GPU和OpenCL的編程架構(gòu)進(jìn)行了

4、研究和分析，給出了OpenCL的模型和軟件框架。最后，研究并實(shí)現(xiàn)了基于OpenCL的QC-LDPC譯碼器。本文在該譯碼器中設(shè)計(jì)了三個(gè)在GPU上并行運(yùn)行的內(nèi)核函數(shù)，并研究了一種壓縮校驗(yàn)矩陣和其轉(zhuǎn)換矩陣的查表法，有效的減少了對(duì)GPU內(nèi)存資源的占用，從而簡(jiǎn)化了譯碼算法的復(fù)雜度。
　　為了驗(yàn)證該譯碼器的性能，論文進(jìn)行了兩個(gè)方面的測(cè)試：譯碼性能的測(cè)試和譯碼速率的測(cè)試。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到：該譯碼器在選擇BP算法的條件下，通過10次迭代譯碼可