基于DDE理论的LDPC双模译码器研究

发布时间：2017-04-06 14:48

  本文关键词：基于DDE理论的LDPC双模译码器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：LDPC码和Turbo码的提出是信道编译码研究中的重大突破,标志着纠错码的理论研究与技术已踏入全新的时代。在低信噪比的条件下,Turbo码的性能优于其他码。然而由于LDPC码的低密度特性,具有较大的灵活性,且在码长足够长的情况下,其性能优于Turbo码。在实际的硬件环境中,LDPC/Turbo双模译码器能够充分利用上述两种码的优点,但仍然存在硬件损耗大,吞吐率低等问题。本文研究的目的就是通过离散密度进化理论(discrete density evolution DDE)来指导双模译码器的硬件实现。本文主要以LDPC/Turbo双模译码器为研究对象,从硬件结构与理论分析两个方面对译码器进行优化,该双模译码器可支持Wimax标准和TD-LTE标准,同时可进行LDPC码和Turbo码两种模式的任意切换。第一部分:硬件结构方面。对RU算法进行直接简化,通过总结各码率基矩阵结构的异同,设计实现了适用于Wimax标准下1/2码率和2/3B码率的编码器结构。此外,以降低硬件消耗为主要理念,仔细深入地研究了TDMP算法和Log_MAP算法的相似性,实现了双模硬件框架结构。在实际的译码器设计时,采用多个SISO模块形成SISO阵列来提高双模译码器的吞吐率。仿真结果显示,双模译码器共消耗59240个逻辑单元,最大工作频率为71.81MHz,LDPC码模式下的吞吐率为137Mbps,Turbo码模式下的吞吐率为43 Mbps。在本论文的最后相比于其他文献中的双模译码器,综合理论分析之后的结果本论文实现的译码器在综合时钟频率较低的情况下依然获得了较高的吞吐率。第二部分:理论分析方面。主要工作是在简化双模译码器设计的基础上引入了DDE理论,从而指导LDPC/Turbo双模译码器的实现。首先在DDE理论的基础上进行迭代次数分析,根据多条件判定来精确计算迭代次数,从而实现译码算法与错误概率变化特征的自适应性。其次鉴于目前DDE理论还没有对TDMP算法进行分析,所以本文利用DDE理论对TDMP算法进行研究和推导,来验证TDMP算法的优越性能。仿真结果显示,在达到相同或近似误码率的情况下,TDMP算法收敛速度更快。且最好情况下,TDMP算法的迭代次数是BP算法的迭代次数的一半,这也意味着选取TDMP算法作为双模译码算法是切实可行的。综合上述研究成果,本论文利用MATLAB软件系统的进行DDE理论的性能仿真与分析,通过Verilog语言编程,在FPGA平台上实现LDPC/Turbo双模编译码器的系统设计,利用Modelsim软件得到双模编译码器的输出波形图。本文所提出的关于理论与硬件实现的多项改进,为双模译码器的进一步研究奠定了基础。
【关键词】：双模译码器 低密度校验码 Turbo码 离散密度进化理论 TDMP算法 迭代次数
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.22
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景和意义15-16
• 1.2 LDPC/Turbo双模译码器的研究现状16-17
• 1.3 离散密度进化理论研究现状17-19
• 1.4 本课题研究内容及安排19-21
• 2 LDPC码和Turbo码的基本原理21-28
• 2.1 LDPC码的基本理论21-24
• 2.1.1 LDPC码校验矩阵表示22
• 2.1.2 LDPC码的度分析22-24
• 2.2 Turbo码的基本理论24-27
• 2.2.1 Turbo码的因子图表示法24-25
• 2.2.2 Turbo码的内置交织器25-26
• 2.2.3 Turbo码的迭代停止准则26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 编译码器设计与FPGA实现28-43
• 3.1 系统结构28-30
• 3.2 多码率编码器设计30-34
• 3.2.1 编码器算法原理30
• 3.2.2 编码器结构设计与分析30-33
• 3.2.3 多码率编码器结果分析33-34
• 3.3 LDPC/Turbo双模译码器共用单元34-42
• 3.3.1 SISO阵列35-37
• 3.3.2 输入缓存单元37-38
• 3.3.3 解复接单元38-39
• 3.3.4 后验信息存储单元39
• 3.3.5 交织器39-40
• 3.3.6 双模译码器测试结果分析40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 离散密度进化理论43-73
• 4.1 离散密度进化理论43-51
• 4.1.1 连续密度进化理论43-47
• 4.1.2 非规则码的密度进化分析47-48
• 4.1.3 归一化最小和算法与偏移最小和算法的密度进化分析48-49
• 4.1.4 离散密度进化理论分析49-51
• 4.2 基于DDE理论的最大迭代次数分析51-53
• 4.2.1 门限值分析51
• 4.2.2 DDE理论的改进51-53
• 4.3 基于DDE理论的TDMP算法分析53-60
• 4.3.1 TDMP算法53-55
• 4.3.2 TDMP算法的DDE理论推导55-60
• 4.4 结果分析60-72
• 4.4.1 离散密度进化理论分析仿真60-62
• 4.4.2 基于DDE理论的最大迭代次数分析结果62-64
• 4.4.3 基于DDE理论的TDMP算法分析仿真结果64-69
• 4.4.4 LDPC/Turbo双模译码器的综合结果分析69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 总结与展望73-75
• 5.1 研究总结73
• 5.2 需进一步研究的内容73-75
• 参考文献75-80
• 作者简历80

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