LDPC碼構(gòu)造及譯碼技術(shù)研究.pdf

1、本文針對(duì)LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校驗(yàn)）碼的碼字構(gòu)造，譯碼算法以及譯碼器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并獲得了一定的成果。 在碼字構(gòu)造方面，PEG（Progressive Edge Girth，漸進(jìn)邊增長(zhǎng)）算法是一種能夠構(gòu)造出較大環(huán)長(zhǎng)的碼字構(gòu)造方法，同時(shí)能夠滿足度分布對(duì)的要求，因此使用PEG 算法能夠構(gòu)造出性能良好的LDPC 碼，但是PEG 算法構(gòu)造的LDPC 具有太大的隨機(jī)性，無法進(jìn)行并行譯

2、碼。 本文提出了基于PEG 算法的并且可進(jìn)行并行實(shí)現(xiàn)的構(gòu)造算法——擴(kuò)展PEG 算法，這種算法的基本思想是使用PEG 算法構(gòu)造出基矩陣。 在此基礎(chǔ)上對(duì)基矩陣進(jìn)行循環(huán)移位擴(kuò)展，即對(duì)每個(gè)非零元素用循環(huán)移位矩陣代替，每個(gè)零元素使用零矩陣代替。由于循環(huán)移位擴(kuò)展不會(huì)影響LDPC 碼的碼率以及度分布對(duì)，因此使用PEG 構(gòu)造的基矩陣如果能夠滿足度分布對(duì)的話，那么最終構(gòu)造的LDPC 碼仍然能夠滿足度分布對(duì)的要求。另外如果能夠較好地選擇循環(huán)

3、移位因子的，最終構(gòu)造的LDPC 碼仍然具有較大的環(huán)長(zhǎng)。另外，擴(kuò)展PEG 算法在構(gòu)造多碼長(zhǎng)碼率的LDPC 碼方面也很靈活，一般可以通過基矩陣確定碼率，碼長(zhǎng)由基矩陣和第二次擴(kuò)展共同確定。雖然擴(kuò)展PEG算法性能略遜于PEG算法，但是具有硬件可實(shí)現(xiàn)性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。 在譯碼算法方面，目前比較常用的算法有BP（BeliefProporgation，置信傳播）算法，MS（Minimal Sum，最小和）算法，MMS（Modified

4、Minimal Sum，修正最小和）算法，分層算法等等，文章對(duì)這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，并合并了MS 算法和分層算法，得到LMMS（Layered Modified Minimal Sum，分層修正最小和）算法作為之后論述的譯碼器的譯碼算法的基礎(chǔ)。同時(shí)本文基于定點(diǎn)化硬件實(shí)現(xiàn)，對(duì)LMMS 算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了FLMMS（Fix LayeredModified Minimal-Sum，定點(diǎn)分層修正最小和）算法，該算法使用了部分比特節(jié)點(diǎn)提

5、前停止迭代的思想，即當(dāng)比特節(jié)點(diǎn)傳遞給校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息大于某個(gè)特定的數(shù)值MSV（Maximum Set Value，最大設(shè)定值）的時(shí)候，該比特節(jié)點(diǎn)將提前停止更新。FLMMS 算法能夠在比特節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)之間傳遞的定點(diǎn)信息表示范圍在(-31，31)之間的時(shí)候（即6 比特的定點(diǎn)位寬），仍然能夠獲得和浮點(diǎn)LMMS 算法相比小于0.2dB的性能損失。非常適合低資源使用的譯碼器的實(shí)現(xiàn)。 在譯碼器結(jié)構(gòu)方面，本文設(shè)計(jì)了基于FLMMS 算法的譯碼器

6、結(jié)構(gòu)，能夠?qū)?zhǔn)循環(huán)移位的LDPC 碼進(jìn)行高速譯碼，并能支持多種碼長(zhǎng)碼率LDPC 碼的譯碼。同時(shí)本文分析了譯碼器設(shè)計(jì)流水沖突的現(xiàn)象，并對(duì)流水沖突問題的解決方法進(jìn)行了深入的探討，提出了流水等待，譯碼器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，亂序譯碼，減少譯碼器并行度或者增加分層大小以及合理設(shè)計(jì)H 矩陣等解決方案，完全解決了該譯碼器流水沖突的問題，使設(shè)計(jì)的LDPC 譯碼器能夠高效地進(jìn)行流水譯碼。另外，本文也探討了該譯碼器結(jié)構(gòu)中的溢出保護(hù)機(jī)制，使用了FLMMS 算法中的部

7、分比特節(jié)點(diǎn)提前終止迭代的方法對(duì)比特節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行溢出保護(hù)，獲得了很好的效果。實(shí)現(xiàn)的譯碼器能夠在很少的資源使用（3140 個(gè)slice以及23 塊Block Ram）的情況下獲得>100Mbps的數(shù)據(jù)處理速度，在需要高速低功耗譯以及多碼長(zhǎng)碼率譯碼器的應(yīng)用中有著較大的應(yīng)用價(jià)值。 最后，本文對(duì)全文做了總結(jié)，并指出了今后可以研究的方向，在碼字構(gòu)造方面，可以添加其他的約束如ACE（近似外信息度）等進(jìn)一步增加LDPC 譯碼性能，在