基于QC-LDPC可变码长码率编解码芯片的设计与实现

发布时间：2020-07-15 02:14

【摘要】：LDPC(Low Density Parity Check Code,低密度校验码)码是一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码,其具有逼近香农限的性能、且描述和实现简单、易于进行理论分析和研究、译码简单且可实行并行操作、适合硬件实现等特点。LDPC码凭借其优异的性能、简洁的形式及良好的应用前景成为信道编解码领域的研究热点之一,在多种通信标准中被迅速推广。本文主要针对LDPC码的编码译码算法进行了研究,描述了基于准循环LDPC码编译码技术的芯片设计方案和实现方案。首先认识信道编码理论和LDPC码原理基础,以及LDPC码目前的发展现状。从LDPC码构造方法以及编译码算法开始进行了深入地探讨和研究,详细介绍了LDPC码两种构造方法和编码技术。通过对四种常见的译码算法的研究,进行了译码算法的仿真比较。因改进型最小和算法非常适合硬件实现,所以本课题的可变码长的译码算法实现以改进型最小和算法为基础。然后对LDPC编解码的性能分析及优化设计技术进行了研究,主要包括密度进化理论优化设计技术、外信息转移图分析设计技术、高斯近似分析设计技术。然后对准循环LDPC码构造技术进行了分析。充分结合随机方法与代数方法构造有效的构造LDPC码H矩阵,是本课题的准循环LDPC码构造的关键点和难点。根据准循环编码技术特点,提出了基于移位寄存器累加电路的串行/并行准循环LDPC码编码器模块的设计方案。通过对准循环LDPC码译码方法进行了分析和比较,提出译码算法设计的关键点。从考虑Log-BP译码算法更具实用、更易于本课题芯片实现角度出发,对其进行了改进。通过资源消耗情况分析,迭代次数、量化比特硬件实现折中考虑,采用并行方式实现了译码模块设计。最后为了降低接口对板级信号的要求,提高系统的可靠性,对芯片锁相环的设计进行了着重研究。为广泛用于小型化系统,对芯片低功耗设计技术进行了分析。此外,对芯片的可测性和测试平台进行了设计。经过电源网络设计和信号完整分析,完成了物理版图设计。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.22;TN402
【图文】：

性能比较图,校验矩阵,性能比较,二分图

第二章 LDPC 码编译方法研究9图2-2 校验矩阵是否存在 4 环的性能比较2.2.1 LDPC 码的构造技术随机构造法和代数构造法是 LDPC 码的两类主要构造方法[15]，二者都不是完美的，但可分情况使用。随机法能生成周长长的码，码的质量会通过增加码字长度来提高，但是，往往在码长较长时才会显现这个优点，缺点是编码复杂度高。代数构造法与的优缺点与其相反。LDPC 校验矩阵的几种构造技术如下。（1）随机构造方法前边提到过，H 矩阵有 4 个特征，通过相应的二分图可组建 LDPC 码，二分图上的校验节点和变量节点分别对应着 H 的行和列，矩阵 H 的 1 元素与二分图的连接线对应。构造好码是保证 LDPC 码的编译顺利进行的前提条件

构造图,构造图,构造方法,类码

(a) (b)(c)图2-3 几种伪随机 H 的构造图。(a)构造方法 1；(b)构造方法 2；(c)超轻构造法。上述 Gallager 和 Mackay 的方法都属于随机构造方式，这种方式优点是参数配置方便，但有些 LDPC 码没有特定的结构，造成二分图中 4 环很难消除的现象，高码率、中短长度码长是这类码的主要特点，况且因 Gallager 和 Mackay 的稀疏校验矩阵非循环或系统形式，所以这种情况编码的实现要困难很多。相比起来，代数法生成的 LDPC 码有着良好质量，编码的复杂程度要低一些，准循环或循环结构是其显著的特点

有限几何,构造方法,编码效率

相同条件下 =1 要优于 =0 的性能，这些不同的性能差异可能是由于各种情况下平均环长的大小决定的。图2-5 不同配置对 N=2048，K=1024 (3,6)规则码性能的作用（5）在有限几何域中的构造方法相似三角形形式的编码效率较高，因编码时间与长度 n 有线性关系，但是在某些条件下，该种关系会被打破，编码方式不太适用，例如 g 很大时。这种情况，采用有限几何域中的点、线产生码，这样可以使编码 t 与 n 关系成线性，编码效率获得提高

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