LDPC码高速译码器的设计与实现

通过对LDPC码(低密度奇偶校验码)的迭代译码算法的分析,提出了一种同时能够对两个码字进行译码,使得译码器中的变量节点和校验节点交替被两个码字使用的译码器结构。该结构不仅适用于全并行结构的LDPC码译码器,也适用于目前广泛采用的半并行结构译码器。以此结构为基础,实现了一个长度为1008bit,改进半并行结构的LDPC码译码器。此结构能够充分利用现有半并行结构译码器的逻辑资源,将译码器数据吞吐率提高近一倍。测试结果表明,本文实现的译码器的有效信息速率达到45Mbps。     

面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器的FPGA设计

针对传统原模图低密度奇偶校验（low density parity check,LDPC）码在译码硬件实现中,由于采用随机扩展方式,导致数据拥塞和布线困难,继而产生译码延时和资源消耗的提高及吞吐量的下降问题,通过2步准循环扩展得到了适于硬件实现的码字结构,设计了一种面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器。该译码器信息更新采用基于TDMP（turbo decoding message passing）分层译码的归一化Min-Sum算法使得译码器具有部分并行架构;同时为了降低译码时间及功耗,给出一种低资源消耗的提前终止迭代策略。硬件实现结果表明,该译码器的译码性能十分接近相应的浮点算法,在低资源消耗的前提下,工作频率可达183.9 MHz,吞吐量为63.3 Mbit/s,并可同时适用于多种原模图LDPC码。     

分块低密度校验码与高速部分并行译码器联合设计方案

提出一种联合构造规则低密度校验(LDPC)码的方案.通过该方法构造的规则LDPC码不仅具有良好的纠错性能,而且适合于采用部分并行结构的译码器来实现高速译码,从而使得所构造的LDPC码在硬件复杂度与译码吞吐量之间具有较好的折衷.该译码器可兼容多种码长、多种码率的LDPC码,因此只需要设计一个译码器,就可以完成对具有相同列重的不同LDPC码的译码.     

基于FPGA的WIMAX LDPC码译码器设计与实现

提出了基于TDMP-NMS算法的部分并行LDPC码译码器结构,其具有TDMP算法译码收敛快和NMS算法保持较好误码率性能下实现简单的优点.该译码器支持WIMAX标准中所有码长和码率LDPC码的译码.设计了一种基于桶形移位寄存器的重组网络单元,实现了对该标准中19种码长LDPC码译码的支持.采用一种适合于TDMP算法及其各种简化算法的动态迭代停止准则,使译码器能根据译码情况自适应地调整迭代次数.结果显示所提方案在提高译码器吞吐率的同时有效减少了译码器的硬件资源消耗.     

基于FPGA的准循环LDPC码低时延译码器设计

针对准循环低密度奇偶校验码(LDPC码),提出一种基于FPGA的低延时译码器硬件实现结构. 该译码器基于最小和译码算法,充分利用FPGA的RAM存储结构及流水线运算方式提高译码吞吐量,降低译码时延. 该结构适用于大部分准循环LDPC码,且译码迭代一次只需约2倍缩放因子大小的时钟数量. 与非流水线译码结构相比,在不增加资源占有率的情况下,译码时延降低到原来的1/7.      

具有高速并行译码结构LDPC码的构造

针对可实现高速并行译码的低密度校验(LDPC)码,提出了一种LDPC码的构造方法.该方法用代数的方法构造一个校验矩阵,适当地选择构造时的参数,可以消除校验矩阵中的小环,以保证所构造码字的性能;再按照一定的规则对所构造校验矩阵的行进行重新排列,可使得重排后的矩阵具有分块结构.仿真结果表明,采用这种分块结构,使得LDPC码的部分并行译码在工程实现上成为可能,按照该方法构造的LDPC码的性能与随机构造的码字相当.     

非规则低密度奇偶校验码译码器的结构设计和优化

提出了一种通用的非规则低密度奇偶校验码译码器,可适用于通过单位阵准循环移位扩展构造的任意行重非规则LDPC码.该译码器通过调整译码存储单元的存储内容而节省了一个交织网络.同时,针对处理非规则LDPC码译码过程中由行列重差异所引起的流水冲突,提出了优化的插入空闲等待时钟周期方法以及预处理方法,有效地避免了流水冲突,从而保证了该译码器的高吞吐量以及译码性能.     

基于原模图LDPC码的联合信源信道译码器的硬件实现

采用FPGA(field programmable gate array)设计基于原模图低密度奇偶校验(low density parity check,LDPC)码的联合信源信道译码器,信道部分和信源部分都是由原模图LDPC码组成.在原模图LDPC码联合译码器的硬件实现架构中,通过2步循环扩展得到了适合硬件实现的准循环原模图LDPC码,译码器信息的迭代更新采用TDMP (Turbo decoding message passing)分层译码算法,采用的归一化最小和算法使得P-JSCD(photograph-based joint source and channel decoding)具有部分并行结构.最后,为了降低资源消耗和译码延迟,采用了提前终止迭代策略.基于FPGA平台的硬件实现结果表明,该联合译码器的译码性能非常接近相应的浮点算法,并且最大时钟频率达到193.834 MHz,吞吐量为24.44 Mbit/s.     

基于循环差族构造的高码率低密度校验码短码

为了降低编码的复杂度,基于组合数学的方法构造出一类高码率低密度校验(LDPC)码短码。该方法由循环差族构造出一类参数λ为1的平衡非完全块设计(BIBD),再基于这些BIBD构造LDPC码。构造出的LDPC码具有准循环特性,因此编码复杂度低。码字的Tanner图中没有长度为4的环路,在采用置信度传播译码时具有很好的译码性能。仿真结果表明:基于循环差族构造出的LDPC码具有与随机构造的LDPC码相当的性能。构造出的码字适用于手持数字视频广播系统。     

基于循环差族构造的高码率低密度校验码短码

为了降低编码复杂度,基于组合数学的方法构造出一类高码率低密度校验(LDPC)码短码。该方法由循环差族构造出一类参数λ为1的平衡非完全块设计(BIBD),再基于这些BIBD构造LDPC码。构造出的LDPC码具有准循环特性,因此编码复杂度低。码字的Tanner图中没有长度为4的环路,在采用置信度传播译码时具有很好的译码性能。仿真结果表明:基于循环差族构造出的LDPC码具有与随机构造的LDPC码相当的性能。构造出的码字适用于手持数字视频广播系统。     

基于DVB-S2标准低密度奇偶校验码译码器设计

为解决DVB-S2标准下码长较长,译码器资源消耗较高,但速率要求较高的问题,研究了DVB-S2标准LDPC (Low Density Parity Check Code)码译码器的硬件结构.利用校验矩阵周期特性,以16 200 bit码长和0.6码率为例,设计了基于共享内存和后验概率累加储存的译码器结构.实验表明,该设...     

一类低密度奇偶校验码的设计

低密度奇偶校验码(LDPC)是哥拉格于1962年提出的一种性能非常接近香农限的好码,并被MacKay和Neal两度重新发现,且证明了它在与基于BP(Belief-Propagation)的迭代译码算法相结合的条件下具有逼近Shannon限的性能.LDPC码的优异的性能及其在信息可靠传输中的良好应用前景,成为当今信道编码领域最瞩目的研究热点.笔者选用国际电信联盟推出的一种方案,设计了一类低密度奇偶校验LDPC(Low Density Parity Check)码.设计是针对分组块长为276比特,码率为0.7572,采用了6位量化方案.根据可编程逻辑器件(CPLD)的结构特点,提出了LDPC码的译码器结构和相应的编码器结构及其具体实现方案,并对编码方案进行了严密推导.该LDPC码适合用于ADSL传输.     

LDPC-SPC乘积码

提出了一种LDPC-SPC乘积码。该乘积码以低密度奇偶校验（low density parity check,LDPC）码为水平码,单奇偶校验（single parity check,SPC）码为垂直码。给出了LDPC-SPC乘积码的硬判决译码算法和软判决译码算法。利用这些译码算法,LDPC-SPC乘积码能够在不同的LDPC码字之间交换比特置信度信息,完成译码。仿真结果表明,以长度8064 bit,码率1/2的LDPC码为基础构造的LDPC-SPC乘积码,能够有效地降低该LDPC码的误码平层,并且在误码率为10-7时,乘积码取得了超过LDPC码0.3 dB的性能优势。     

基于DTMB标准的新型LDPC译码器实现

针对中国数字电视地面广播标准(DTMB),提出一种新的半并行结构的LDPC译码器.该译码器采用分层消息传递机制,与传统的泛洪传递机制相比,减少了迭代次数,提高了译码器吞吐率;同时,通过切割子矩阵的方法,进一步提高译码器的串行度,降低了译码器硬件资源的占用.最后,译码器采用了一种基于桶形移位器的交叉网络来传递数据,不仅降低了连线复杂度,而且在不改变硬件结构的情况下,可以同时支持DTMB系统三种码率的LDPC译码.     

高效低复杂度的QC-LDPC码全并行分层结构译码器

针对传统的部分并行结构低密度奇偶校验码(low-density parity-check codes,LDPC)译码器在保证较高吞吐量的同时,存在消耗硬件资源较大、迭代译码收敛速度较慢等问题,提出一种高效低复杂度的准循环低密度奇偶校验(quasi-cyclic low-density parity-check,QC-LDPC)码全并行分层结构译码器.这种改进的译码器结构可有效降低存储资源消耗,并克服并行处理所导致的访问冲突等问题.设计中,后验概率信息和信道初始化信息共用一个存储模块,降低了一半存储空间的占用.各个分层之间采用相对偏移的方式,实现了分层的全并行更新,提高了译码吞吐量.分层最小和译码算法(layered min-sum decoding algorithm,LMSDA)加速了译码迭代的收敛,进一步提高了吞吐量.经ISE 14.2软件仿真及Virtex7系列开发板验证的结果表明,当译码器工作频率为302.7 MHz、迭代次数为10的情况下,吞吐量可达473.2 Mbit/s,存储资源消耗仅为传统部分并行结构译码器的1/4.     

基于QR码构造的广义LDPC码

在低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码的图形表示中,存在着一种陷阱集结构,其对性能的影响表现在,陷阱集中变量节点所对应的比特在迭代过程中如果发生错误,就不容易被纠正回来。因此,结合平方剩余(quadratic residue, QR)码来设计一种新颖的广义LDPC码的编译码方案。该方案利用QR码这一性能优良的码型,为LDPC码的某些变量节点提供额外的保护,在损失少许码率的情况下,以期消除某些陷阱集的影响,并获得比原始LDPC码更好的性能。在仿真模拟中,通过统计原始LDPC码的错误比特位置,发现某些比特位置的出错频率较高,为此,从陷阱集的角度分析了其中的原因,并根据这些变量节点,构造广义LDPC码。仿真结果表明,该方案能够有效地降低某些LDPC码的错误平层。     

基于QR码的广义LDPC码的设计与译码算法的研究

广义低密度奇偶校验(generalized low-density parity-check,GLDPC)码可以降低原始低密度奇偶校验(low-density parity-check,LDPC)码的错误平层,但传统GLDPC码的构造方法会造成码率损失较大.鉴于此,采用平方剩余(quadratic residue,QR)码作为分量码,提出一种新颖的GLDPC码构造方法,并设计相应的译码算法.统计给定码字的陷阱集,并利用陷阱集挑选变量节点作为QR码的信息位;把QR码变量节点的校验位补全在原始LDPC码后,从而构造一种GLDPC码,设计出一种适合GLDPC码的两阶段译码算法.仿真结果表明,这种GLDPC码构造方法码率损失比较小,在BER为1×10-9时,GLDPC码与原始LDPC码相比,得到了约0.3 dB的增益.