高速卫星通信中LDPC编译码器的研究与FPGA实现

发布时间：2025-01-06 23:50

　　在近地卫星通信中,LDPC码以其高码率,高编码增益,低误码平层的优越性能受到了广泛关注。而如何利用有限的硬件资源提高LDPC编译码器的吞吐率一直是LDPC码应用于实际系统中必须解决的问题。本文设计并实现一个CCSDS推荐的近地轨道应用LDPC码型的编译码系统的FPGA实现。该编译码系统能在Eb/N0为5dB的AWGN信道下,工作在误码平层区,且吞吐率大于300Mbps。本文首先系统地研究了LDPC编译码算法,并针对误码率性能和计算复杂度两个方面对他们进行了比较。根据系统设计要求:高吞吐率、大信噪比下工作,选择结构化编码方法和MSA译码方法完成CCSDS标准下(8176,7154)LDPC码的硬件实现。然后根据实际工程情况,针对高速时钟工作的FPGA会存在内存读写差错的情况,提出了一种有内存读写错误MSA模型。验证了该模型满足对称性条件,并利用密度进化算法对该模型进行了分析。分析结果表明内存读写错误会使MSA算法噪声功率门限降低;收敛所需迭代次数增加,误码平层上升且不低于内存读写错误率。并且根据新模型确定了译码器参数,验证了采用该参数时,译码器在有内存读写差错时能正常工作,且工作性能符合设...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源、背景及意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 LDPC码的发展与现状
        1.2.2 LDPC编译码器的研究现状
        1.2.3 国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容及结构安排
第2章 LDPC码相关理论
    2.1 LDPC码的定义及表示
    2.2 系统QC-LDPC码的编码方法
        2.2.1 结构性编码方法
        2.2.2 RU编码算法
    2.3 LDPC码的译码
        2.3.1 消息传递算法
        2.3.2 BP译码算法
        2.3.3 SPA算法
        2.3.4 最小和译码算法
    2.4 AWGN信道仿真原理
    2.5 编译码方案选择
        2.5.1 LDPC编码方案选择
        2.5.2 译码方案选择
    2.6 本章小结
第3章 译码器的方案选择、参数确定与性能分析
    3.1 密度进化理论
    3.2 内存读写错误对MSA译码器的影响
        3.2.1 有读写差错的MSA模型
        3.2.2 线性量化与量程
        3.2.3 量程与量化位宽对收敛门限的影响
        3.2.4 内存读写错误对误码平层的影响
        3.2.5 内存读写错误对收敛速度的影响
    3.3 译码器参数选择
    3.4 本章小结
第4章 LDPC码编译码的FPGA实现
    4.1 LDPC编码器硬件设计与实现
        4.1.1 编码器原理
        4.1.2 LDPC码编码器总体方案
        4.1.3 循环移位寄存器
        4.1.4 中间变量寄存器更新模块
        4.1.5 编码控制模块
        4.1.6 性能仿真与综合报告
    4.2 LDPC码译码器的FPGA实现
        4.2.1 LDPC译码器原理
        4.2.2 LDPC译码器总体方案
        4.2.3 存储模块与并行度设计
        4.2.4 校验节点更新模块
        4.2.5 变量节点更新模块
        4.2.6 高并行度与规避地址冲突
        4.2.7 硬判决校验模块
        4.2.8 控制模块
        4.2.9 性能仿真与综合报告
    4.3 AWGN信道仿真器的FPGA实现
        4.3.1 AWGN信道仿真器实现方案
        4.3.2 AWGN信道仿真器仿真结果与性能分析
    4.4 整体仿真
    4.5 本章小结
结论
附录
攻读硕士学位期间发表的学术论文
参考文献
致谢



本文编号：4024176