卫星通信中LDPC码高速编译码器实现技术研究

发布时间：2020-06-23 11:42

【摘要】：卫星通信的高速发展给人类通信带来了极大的方便,但卫星通信要求在时变特性的信道中有高编码增益的信道编码方案,同时在大数据时代,要求编码方案能够具有大吞吐的实现,CCSDS标准中的两类低密度校验(Low-density parity-check,LDPC)码从众多编码方案中脱颖而出。本文从硬件实现的角度出发,研究了CCSDS标准中深空卫星通信中的LDPC码组和近地卫星通信中的LDPC码,分别实现了其速率兼容方案和高速编译码方案。首先,本文针对CCSDS标准中的AR4JA-LDPC码组进行速率兼容实现。采用速率兼容实现,在不同的信道状况选择不同的码进行应用,保证通信可靠性的同时,提高了信息传输速率,对该码组中的9个码进行了和积译码算法和最小和译码算法的仿真。采用速率兼容实现在编译码端有较好的硬件资源复用效率,9个码的吞吐量分别可以达到19.79 Mbps~82.16 Mbps。其次,本文针对CCSDS标准中的(8176,7154)LDPC码进行高速编译码实现。采用矩阵转换技术,将原有的校验矩阵转换为易于高速实现的块准循环LDPC码,与原码相比几乎没有译码性能损失。在Xilinx Virtex 6平台上,编码端资源消耗仅为4%,编码吞吐量最高可达1.52 Gbps,稳定吞吐量可达1.025 Gbps;译码端资源消耗仅为15%,而最高吞吐量可以达到913.3 Mbps,稳定吞吐量可以达到764.89 Mbps。最后,本文针对CCSDS标准中的(5120,4096)LDPC码进行高速编译码实现。在译码端,对该码的校验矩阵进行矩阵分裂技术研究,将原有的部分并行译码的并行度提高到原来的4倍;在编码端采用8比特并行编码的方式,将编码并行度提高到原来的8倍。在Xilinx Virtex 6平台上,编码端的资源消耗仅为2%,编码吞吐量最高可达1.704 Gbps,稳定吞吐量可达1.2 Gbps;译码端的资源消耗为37%,吞吐量最高可达771.32 Mbps,稳定吞吐量可达569.94 Mbps。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN927.2
【图文】：

校验矩阵

图2.3 LDPC (20480, 16384) 码的校验矩阵结构2.3 QC-LDPC 码的编码算法和实现结构2.3.1 QC-LDPC 码的编码算法对于一般的 LDPC 码，利用高斯消去将校验矩阵转换成( )[ | ]k′ n- k n- k=TH P I 的系统形式，再得到生成矩阵( )[ | ]k′ k k′ n- kG =I P 进行编码。这样的矩阵转化复杂度高，且通过校验矩阵的得到的生成矩阵不再具有稀疏性，非零元的位置较为随机，因此这样通用的编码方法复杂度太大。所以本文介绍针对 QC-LDPC 码的编码方法。2006 年，Z. Li 和 S. Lin 提出了关于 QC-LDPC 码的通用编码方法[49]，该编码算法适用于所有 QC-LDPC 码。利用校验矩阵生成具有准循环结构的生成矩阵进行线性编码，同时编出来的码字是系统结构的码字。QC-LDPC 码的校验矩阵如式 (2-16) 所示，由 c ′t 个 b ′ b阶循环矩阵i ,jA 组成，其中 i = 1,2, ,c, j = 1,2, ,t。é ùA A A

编码器

18图2.5 QC-LDPC 码编码器结构法软判决译码算法：和积译码算法，最码算法。1 2 , , , ]nc c c，经过调制、信道加噪、输出序列1 2 [ , , , ]nv =v v v，校验矩阵2c。定义几个符号：点 n 相连的校验节点的集合。节点 m 相连的变量节点的集合。合 ( n)中去掉元素 m 之后的子集。合 ( m)中去掉元素 n 之后的子集。点nv 向校验节点mc 发送的置信度消息

【参考文献】