多码率QC-LDPC译码器设计与实现.docx
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Word版本下载可任意编辑】 多码率QC-LDPC译码器设计与实现 摘 要：低密度奇偶校验码（LDPC）是目前有效的差错控制手段之一，而其中准循环LDPC 码（QC-LDPC）应用为广泛提出了一种通用的多码率QC-LDPC 译码器设计方法，并在FPGA 上完成了实现和测试测试结果说明，该多码率译码器在资源占用不超过2 种码率译码器资源之和的前提下能够有效支持至少3 种码率；且工作时钟在110 MHZ 时，固定迭代次数为16 次，该译码器的吞吐率能保持在110 Mb/s 以上 0 引言 LDPC 码早于1962 年由Gallager提出，可以看成是一个具有稀疏校验矩阵的线性分组码自从Mackay 和Neal发现LDPC 码的性能非常接近香农限以后，LDPC 码越来越受到人们的重视基于准循环LDPC（QC-LDPC）码构造特点，提出了一种支持多种码率QC-LDPC 译码器的设计方法，并设计实现了一个能够实时自适应支持三个不同H 阵的通用QC-LDPC 译码器 1 QC-LDPC 码简介 QC-LDPC 码的校验矩阵Hqc是由c × t 个循环置换矩阵组成的，其中c，t均为整数，且c ,判决为0 否则为1。
计算cHT 是否为0，或者已经到达设定的迭代次数，如果是转第3 步，否则转第1 步 第3 步，输出判决结果 通过仿真，文中确定的译码器输入定点化方案如下：量化位宽为6 bit，其中3 bit 表示整数位，2 bit 表示小数位 3 多码率LDPC 译码器设计 首先考虑下面3 种QC-LDPC 码字作为参考，码长8 064bit，码率分别为7/8, 3/4, 1/2其中，不同码率的和译码算法所需的偏移值（（3）式中的offset 值）经仿真得到，分别为1, 0.7, 0.5上述QC-LDPC 码中所用到的码型膨胀因子是112 文中实现的LDPC 译码器基于部分并行的译码构造，对译码器开展了输入输出双缓冲处理，支持数据连续处理，总体的构造如图1 所示 图 1 译码器的总体构造 由于要支持三个不同H 阵的LDPC 码，所以需要有一个模式端口，告知译码器当前数据块是属于哪个码型输入模式存放器控制选择器选择不同的H 阵来配置控制和寻址模块，使其能选择需要更新的节点RAM 和需要更新的校验节点单元（CNU），变量节点单元（VNU）的电路套数 输入数据首先输入到输入缓存RAM 组中，输入缓存RAM 组按照基本矩阵的列数分成N 块对数据开展缓存，其中N 可配置，文中用到的N 是72。
数据存满一帧编码块后，就输入到节点RAM 组中节点RAM 组的作用是对算法迭代更新时的中间信息开展存储由于基本矩阵中有较多的零矩阵，所以实际生成的节点RAM个数远小于M × N 个 CNU 电路的用途是做校验节点概率更新，完成式（3）的计算实现构造如图2（a）所示VNU 电路的用途是做变量节点概率更新，同时计算硬判决结果，完成式（4）和式（5）的计算 具体构造如图2（b）所示 图2 CNU 和VNU 电路的构造 输出缓存RAM 组用来存储和输出译码结果，同样也采取了乒乓操作，支持数据块连续的输入输出控制和寻址模块是译码器的模块，它为译码器提供各种控制信号和读写RAM 的寻址信号寻址模块分为CNU 地址产生模块和VNU 地址产生模块两部分，CNU 地址产生模块的起始地址都是其偏移值；而VNU 地址产生的地址则都是从0 到Z 由于采用了输入输出双缓冲，所以译码器中多可以存在三块数据块，同时这三块数据块可以是不同码率的数据块，这就实现了对连续输入的不同码率数据块自适应译码的功能 4 FPGA 实现以及性能测试： 根据以上设计方案，选用Verilog HDL 开展设计，同时采用了Modelsim 6.1b 开展了仿真验证，在Stratix IIEP2S180F1020I4 芯片上开展了测试。
具体见表1 所示 表1 资源占用情况 表1 中同时也列出了一个单码率译码器的资源占用（7/8码率）可以看出，该多码率译码器在资源占用不超过2 种码率译码器资源之和的前提下能够有效支持3 种码率 同时，还针对每种码率都测试了其吞吐率和运行的时钟，其中三种码率（1/2,3/4,7/8）工作时钟均为110 MHz，吞吐率分别为110 Mb/s、165 Mb/s 和192.5 Mb/s从该测试结果可以看出，该多码率译码器吞吐率也在110 Mb/s以上，说明其在满足自适应多码率应用需求的同时，仍然保持了很高的译码吞吐率 5 结语 针对QC-LDPC 码特点，提出了一种多码率QC-LDPC译码器实现方法，并用FPGA实现了此通用的多码率译码器，可支持至少三种不同码型的QC-LDPC 码此多码率QC-LDPC 译码器的输入输出参数可以根据所需支持的码型灵活配置，终实现的译码吞吐率对任何码率都可超过110 Mb/s，兼顾了多码率译码器所需的灵活性和高吞吐量 :4 / 4。
