5G通信系统中高效LDPC译码技术研究

发布时间：2020-03-22 00:20

【摘要】：第五代移动通信技术(5G,5th Generation Mobile Communication)在众人的殷切期待和不懈努力下,经过多年的酝酿和发展,终于和世人见面。5G NR(New Radio)标准在信息传输速率和时延方面都提出了更高的要求。数字信号的有效、可靠传输离不开信道编码(Channel Coding)技术,对于5G通信系统而言有两种最重要的信道编码:低密度奇偶校验(LDPC)码和极化码(Polar Code)。因而,在5G蓬勃发展的今天,研究5G通信系统中的高效LDPC译码技术就显得尤为重要。本文首先对五种基本的译码算法和两种常用的译码信息调度方案进行分析,随后提出一种基于置信传播(BP,Belief Propagation)的译码改进算法,通过仿真证明该算法能够在置信传播译码算法的优良译码性能和最小和译码(Min-Sum)算法的低复杂度特点之间找到良好的折中。随后,提出一种分层译码中的调度优化方案,通过调整校验矩阵的层结构顺序使迭代译码能够优先处理置信度高的节点信息,仿真表明该方案能够加快译码算法的收敛速度、提升其误码率性能。最后将两种新方案进行联合得到分层调度优化的置信传播译码改进算法,它具有译码性能良好、迭代耗时短、兼容性佳等特点。在硬件实现方面,本文先介绍了FPGA(Field Programmable Gate Array)的设计流程以及5G LDPC译码器的备选实现结构形式。随后确定LDPC译码器实现时将采用Normalized Min-Sum译码算法联合分层译码中的调度优化方案,利用软件平台模拟硬件实现过程逐一确定译码器在实现时必需的参数。之后,详尽地解释了硬件译码器中各重点模块的存储结构、工作原理以及控制信号和数据信号的流动方式。最后,进行译码器的板级验证,将硬件译码器的输出结果和软件模拟结果进行比对,检验译码器的工作情况。本文设计实现的LDPC译码器能够支持5G标准中的全部102种校验矩阵进行译码工作,具有资源复用率高、控制复杂度低、吞吐量高等优点。
【图文】：

Tanner图

2.1.1节中的(8,4)LDPC码用Tanner图进行表示，如图2.1所示。图2.1 LDPC码的Tanner图表示Tanner图中4个方形节点是校验节点，8个圆形节点是变量节点，它们之间的联系用边进行表示，但是同一类节点不能用边进行连接。事实上，，Tanner图与校验矩阵H 是等价的，即Tanner图上的变量节点对应矩阵H 的列向量，校验节点对应矩阵H的行向量，而矩阵H中的非零元素对应Tanner图上和之间的一条边，校验矩阵中非零元素的个数和Tanner图中的总边数相等。与节点相连的边的数目称为节点的度

示意图,长度,Tanner图,示意图

图2.1 LDPC码的Tanner图表示Tanner图中4个方形节点是校验节点，8个圆形节点是变量节点，它们之间边进行表示，但是同一类节点不能用边进行连接。事实上，Tanner图与校是等价的，即Tanner图上的变量节点对应矩阵H 的列向量，校验节点对的行向量，而矩阵H中的非零元素对应Tanner图上和之间的一条边，中非零元素的个数和Tanner图中的总边数相等。与节点相连的边的数目称度，校验节点的度对应校验矩阵H 的第行的行重，变量节点的度对应列的列重。在Tanner图中，如果从某一个节点出发沿着边“行走”，最终又会回到本一个圈（Cycle）；形成圈时信息“走过”的边的数目，称为圈的长度；Tan短的圈长，称为该图G = {(V,E)}的围长（Girth）。图2.1中粗实线表示在校、 4和变量节点 1、 5之间构成了一个圈长是4的短圈。
【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】：2019
【分类号】：TN911.22

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