超高清视频无线传输用LDPC编译码器的研究与实现
发布时间：2021-07-19 19:12
为了更好的研究LDPC码在超高清视频无线传输中的优势和性能,并适应各种编码需要的码长码率,本文从多码长和多码率的方面研究了8种模式的LDPC多模式的兼容结构,并且优化了编译码算法使其易于使用FPGA实现。首先,本文给出了伪随机LDPC码的校验矩阵结构,并具体分析了其相应的参数在实现中的意义。其次,介绍了常规的LDPC编译码的编码算法和和积译码算法,并详细分析了其使用FPGA实现过程中的难点。然后,从具体的QPSK调制解调方式和附加加性高斯白噪声的模拟情景下,利用动态生成伽罗华域地址的方式优化了编码算法的实现结构,并利用线性拟合的方式优化了译码算法的实现结构,使编译码算法在实现中能够节省大量FPGA资源的情况下,性能损失最小。接着,使用VERILOG语言在VIVADO软件上,使用优化后的编译码算法实现了8种模式兼容的LDPC编译码模块。最后,在FPGA平台上搭建符合情景的LDPC多模式编译码模块的测试平台,将实现之后的8种模式兼容的LDPC编译码模块搭载在测试平台上进行性能测试,测试平台能够收集在QPSK调制解调附加加性高斯白噪声的情况下的LDPC误码个数,以便进行性能分析。测试结果表明...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(4,4)校验矩阵H矩阵形式参考图
电子科技大学硕士学位论文84个变量节点，图中列上的元素个数4，表示在以此H矩阵为基础的LDPC编译码结构中一共存在4个校验节点。LDPC码除了可以使用矩阵的表示方法外，还有一种直观的表示方法，叫Tanner图[34]。Tanner图类似于消息传递机制中的网格图，图上包括了校验矩阵中的变量节点和校验节点。Tanner图和H矩阵之间的转化方法是：当H中的元素为1时，将第i个校验节点和第j个变量节点相连接。这样的连接方式一共会产生m×R或者n×L条路径。对于图2-1中表示的H矩阵，其Tanner图表示为图2-2：图2-2(4,4)校验矩阵Tanner图参考图2-2的Tanner图，LDPC的迭代译码过程大致可以按照以下理解。图中的变量节点和校验节点分别都为一个信息处理器，每一个节点都与其他相关节点相连接,连线上传递的是更新的似然比信息，此信息用来判断码字的可靠程度。当译码器的变量节点从信道中接收到初始的信息似然比之后，经过变量节点更新似然比数据生成新的更新似然比。更新似然比会沿着连接线传递给相应的校验节点，产生新的更新似然比，接着更新似然比会沿着连接线传递给相应的变量节点，完成一次迭代更新过程。当译码结果满足校验方程或者当迭代更新次数达到最大次数时，译码结束。需要注意的是，在第一次迭代时，变量节点仅仅收到从信道中接收到的似然比数据就开始生成更新似然比LLRvnu。但是从第二次迭代开始，变量节点生成新的更新似然比数据需要同时使用第一次迭代中信道接收的似然比，还需要使用从校验节点接收的更新似然比LLRcnu，两种似然比同时计算才能生成新的似然比LLRvnu。
第三章多模式LDPC编译码算法的选择与优化15Hs矩阵每行非零子矩阵个数：表示生成矩阵按照子矩阵维度划分成一个新的矩阵Hs′，Hs′中每行上的非0元素个数。H’矩阵其中的元素满足下列条件：1）总元素个数等于生成矩阵H中子矩阵的个数2）当子矩阵中元素存在非0元素时，此元素的值为1否则为0其规则展示图如图3-1：图3-1H矩阵转化为H’矩阵规则展示图图中的生成矩阵H是一个拥有4个子矩阵，每个子矩阵的矩阵维度（L）为2的矩阵，按照划分规则划分，H′将有4个元素，并且第(1,1)和(4,4)元素的值为1，对应H矩阵中第1个和第4个子矩阵中存在非0元素。图3-1中的转化过程对LDPC中的H，Hs，Hp三个矩阵均有效，这三个矩阵的关系参见公式2-6.Hs矩阵每行非零子矩阵个数实际上就是指Hs矩阵中每个子矩阵行中不全为0的子矩阵。参数矩阵个数：指的是Hs′矩阵中所有非0元素的个数。单模式的LDPC编译码因为只有1个生成矩阵H的原因，所以结构特征比较简单。对于第一种模式LDPC的H′矩阵如图3-2.第一种模式的H′矩阵一共有48个非零元素。Hs′部分一共8列（对应Lk的值8），每一个非零元素对应一个元素个数为L（第一种模式L为63）个的非零子矩阵。Hp′部分一共8列（对应Lm的值8），每一个非零元素对应一个元素个数为2L-1（第一种模式L为63）个的非零子矩阵，其中2L-1个元素分布在下三角的双对角线上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]“5G+8K”应用不断 掀起超高清视频产业发展浪潮[J]. 孟月. 通信世界. 2018(26)
[2]LDPC码高速译码器的设计与实现[J]. 乔华,管武,董明科,项海格. 北京大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]LDPC码的高效编译码实现技术研究[D]. 袁瑞佳.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]LDPC码的编译码算法研究[D]. 唐锐.电子科技大学 2018
[2]IEEE802.11n无线传输标准中LDPC译码的研究和移位器硬件实现[D]. 张少辉.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3291265
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(4,4)校验矩阵H矩阵形式参考图
电子科技大学硕士学位论文84个变量节点，图中列上的元素个数4，表示在以此H矩阵为基础的LDPC编译码结构中一共存在4个校验节点。LDPC码除了可以使用矩阵的表示方法外，还有一种直观的表示方法，叫Tanner图[34]。Tanner图类似于消息传递机制中的网格图，图上包括了校验矩阵中的变量节点和校验节点。Tanner图和H矩阵之间的转化方法是：当H中的元素为1时，将第i个校验节点和第j个变量节点相连接。这样的连接方式一共会产生m×R或者n×L条路径。对于图2-1中表示的H矩阵，其Tanner图表示为图2-2：图2-2(4,4)校验矩阵Tanner图参考图2-2的Tanner图，LDPC的迭代译码过程大致可以按照以下理解。图中的变量节点和校验节点分别都为一个信息处理器，每一个节点都与其他相关节点相连接,连线上传递的是更新的似然比信息，此信息用来判断码字的可靠程度。当译码器的变量节点从信道中接收到初始的信息似然比之后，经过变量节点更新似然比数据生成新的更新似然比。更新似然比会沿着连接线传递给相应的校验节点，产生新的更新似然比，接着更新似然比会沿着连接线传递给相应的变量节点，完成一次迭代更新过程。当译码结果满足校验方程或者当迭代更新次数达到最大次数时，译码结束。需要注意的是，在第一次迭代时，变量节点仅仅收到从信道中接收到的似然比数据就开始生成更新似然比LLRvnu。但是从第二次迭代开始，变量节点生成新的更新似然比数据需要同时使用第一次迭代中信道接收的似然比，还需要使用从校验节点接收的更新似然比LLRcnu，两种似然比同时计算才能生成新的似然比LLRvnu。
第三章多模式LDPC编译码算法的选择与优化15Hs矩阵每行非零子矩阵个数：表示生成矩阵按照子矩阵维度划分成一个新的矩阵Hs′，Hs′中每行上的非0元素个数。H’矩阵其中的元素满足下列条件：1）总元素个数等于生成矩阵H中子矩阵的个数2）当子矩阵中元素存在非0元素时，此元素的值为1否则为0其规则展示图如图3-1：图3-1H矩阵转化为H’矩阵规则展示图图中的生成矩阵H是一个拥有4个子矩阵，每个子矩阵的矩阵维度（L）为2的矩阵，按照划分规则划分，H′将有4个元素，并且第(1,1)和(4,4)元素的值为1，对应H矩阵中第1个和第4个子矩阵中存在非0元素。图3-1中的转化过程对LDPC中的H，Hs，Hp三个矩阵均有效，这三个矩阵的关系参见公式2-6.Hs矩阵每行非零子矩阵个数实际上就是指Hs矩阵中每个子矩阵行中不全为0的子矩阵。参数矩阵个数：指的是Hs′矩阵中所有非0元素的个数。单模式的LDPC编译码因为只有1个生成矩阵H的原因，所以结构特征比较简单。对于第一种模式LDPC的H′矩阵如图3-2.第一种模式的H′矩阵一共有48个非零元素。Hs′部分一共8列（对应Lk的值8），每一个非零元素对应一个元素个数为L（第一种模式L为63）个的非零子矩阵。Hp′部分一共8列（对应Lm的值8），每一个非零元素对应一个元素个数为2L-1（第一种模式L为63）个的非零子矩阵，其中2L-1个元素分布在下三角的双对角线上。
【参考文献】：
期刊论文
[1]“5G+8K”应用不断 掀起超高清视频产业发展浪潮[J]. 孟月. 通信世界. 2018(26)
[2]LDPC码高速译码器的设计与实现[J]. 乔华,管武,董明科,项海格. 北京大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]LDPC码的高效编译码实现技术研究[D]. 袁瑞佳.西安电子科技大学 2012
硕士论文
[1]LDPC码的编译码算法研究[D]. 唐锐.电子科技大学 2018
[2]IEEE802.11n无线传输标准中LDPC译码的研究和移位器硬件实现[D]. 张少辉.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3291265
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