雙修正歸一化最小和LDPC譯碼算法及其部分并行結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在通信系統(tǒng)中,信道中的噪聲會(huì)使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生錯(cuò)誤。信道編碼技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)和糾正這些錯(cuò)誤,使通信系統(tǒng)具有一定的抗干擾和糾錯(cuò)的能力。低密度奇偶校驗(yàn)碼(LowDensityParityCheckCodes,LDPCcodes)在AWGN信道下的性能接近香農(nóng)極限,是近年來信道編碼領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前雖然LDPC碼的理論研究發(fā)展迅速,但是在實(shí)際應(yīng)用中,在改進(jìn)適于硬件實(shí)現(xiàn)的譯碼算法的性能、在譯碼器的復(fù)雜度與吞吐率之間尋求更好的折衷等方面仍然存在許多待

2、解決的問題。
　　本文首先論述了國內(nèi)外關(guān)于LDPC碼的研究現(xiàn)狀,接下來對LDPC碼的譯碼算法、譯碼器電路設(shè)計(jì)中的運(yùn)算電路、存儲(chǔ)方案等關(guān)鍵問題進(jìn)行了一系列的研究,最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)WiMAX系統(tǒng)中碼長為2304比特的LDPC碼譯碼器。本文的主要貢獻(xiàn)如下:
　　1.最小和算法中的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算是對和積算法的簡化近似,因此每次運(yùn)算都會(huì)存在誤差,導(dǎo)致譯碼性能變差。歸一化最小和算法從均值的角度對最小和算法的誤差進(jìn)行修正,使最小和算法的

3、BER(BitErrorRate)性能得到了改進(jìn)。本文對歸一化最小和算法進(jìn)行了改進(jìn),提出了雙修正歸一化最小和(DualNormalizedMin-Sum,DN-MS)算法,該算法在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)運(yùn)算中采用兩個(gè)歸一化修正因子分別對最小值和次小值進(jìn)行修正。改進(jìn)的算法在不增加運(yùn)算復(fù)雜度的條件下,獲得比歸一化最小和算法更好的BER性能。對基于仿真的定點(diǎn)化方法進(jìn)行了改進(jìn),減少了仿真的工作量;
　　2.最小和及其改進(jìn)算法中核心的運(yùn)算為校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的最小

4、—次小運(yùn)算,并行的最小—次小運(yùn)算單元可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)計(jì)算出一組數(shù)據(jù)中的最小值與次小值,但一般電路面積比較大。本文設(shè)計(jì)了兩種最小—次小運(yùn)算方法:第一種方法對極少比較排序法(Minimum-ComparisonSorting,XS)進(jìn)行改進(jìn),稱為MXS(ModifiedMinimum-ComparisonSorting)方法,該方法簡化了次小值運(yùn)算,運(yùn)算電路具有較小的面積,但是電路延遲比較大;第二種方法為一種新的樹形運(yùn)算(NewTree

5、Structure,NTS)方法,與MXS方法相比,該方法的電路面積有少量增加,但卻可以大幅減小運(yùn)算的延遲,NTS方法可以在運(yùn)算速度與電路面積之間實(shí)現(xiàn)比較好的折衷;
　　3.采用并行運(yùn)算單元的譯碼器可以具有比串行運(yùn)算單元更高的吞吐率,采用分層迭代的譯碼器迭代收斂速度較快并且占用的存儲(chǔ)資源較少。本文將并行運(yùn)算單元和分層迭代方法相結(jié)合,設(shè)計(jì)了一種新的部分并行譯碼器結(jié)構(gòu),與其它部分并行譯碼器結(jié)構(gòu)相比,該譯碼器可以在吞吐率和面積之間實(shí)現(xiàn)比

6、較好的折衷,并且可以在更大的范圍內(nèi)自由設(shè)計(jì)譯碼器的吞吐率。在譯碼器中重點(diǎn)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案和并行DN-MS運(yùn)算單元。在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)中主要對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)順序、讀寫控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化,使其即具有較大的帶寬,又有效的降低了讀寫控制結(jié)構(gòu)和互聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度,同時(shí)避免了在讀寫過程中的沖突。在該譯碼器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,針對校驗(yàn)矩陣具有準(zhǔn)下三角陣形式的QC-LDPC碼進(jìn)行了預(yù)譯碼設(shè)計(jì),使譯碼器可以在接收碼字的過程中完成第一次迭代中一部分層的譯碼