DVB-S2标准中LDPC码的编译码算法研究与实现

论文摘要

LDPC码是一类由稀疏校验矩阵定义的线性分组码。LDPC码译码性能逼近Shannon极限,具有良好的应用前景。DVB-S2标准中的前向纠错系统采用外码BCH和内码LDPC级联的编码方案,具有强大的纠错能力。本文以DVB-S2标准为应用背景,研究DVB-S2中LDPC码的编译码算法,设计实现符合DVB-S2标准的LDPC编码器和译码器。主要贡献在于:1.研究了DVB-S2标准中的LDPC编码算法,分析了LDPC码校验矩阵的规律及表示形式;在对编码算法深入分析的基础上,有效地解决了校验比特的存储与计算等问题,并利用双端口RAM实现了编码方式的可配置,设计实现了一款符合DVB-S2标准的LDPC编码器;2.研究了BP译码算法和基于BP算法的简化算法,比较了SMP和RMP两种调度方式;结合Offset最小和算法和RMP调度方式,提出一种改进的LDPC译码算法。算法仿真表明,改进的译码算法在计算复杂度与译码性能之间取得了较好的折衷,并且量化实现占用存储单元较少;3.基于改进的译码算法,根据DVB-S2中的LDPC码具有并行度为360的特点,以部分并行的计算方式,设计实现了一款符合DVB-S2标准的低复杂度LDPC译码器。当码率为9/10时,译码器在320MHz工作频率下,最大吞吐率为988Mbps,满足DVB-S2标准的应用需求;在90nm CMOS工艺下,所设计的译码器综合面积为9.6mm2,在相同工艺条件下比其他一些译码器面积要小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 LDPC 码的构造及优化
• 1.2.2 LDPC 码的译码算法
• 1.2.3 LDPC 码的实现及应用
• 1.2.4 DVB-S2 中LDPC 码的实现
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 LDPC 码的基础及编码方法
• 2.1 线性分组码概述
• 2.1.1 生成矩阵与校验矩阵
• 2.1.2 线性分组码的译码
• 2.2 LDPC 码的定义及表示
• 2.3 LDPC 码的编码方法
• 2.3.1 校验矩阵的构造
• 2.3.2 LDPC 码的快速编码算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 DVB-S2 中LDPC 编码器的设计与实现
• 3.1 DVB-S2 标准及其前向纠错系统
• 3.1.1 DVB-S2 标准简介
• 3.1.2 前向纠错系统
• 3.2 DVB-S2 中LDPC 码的编码算法
• 3.2.1 编码算法描述
• 3.2.2 编码算法分析
• 3.3 DVB-S2 中LDPC 编码器的设计与实现
• 3.3.1 编码器的系统结构
• 3.3.2 编码器各模块的实现
• 3.4 仿真测试与综合结果
• 3.4.1 仿真测试
• 3.4.2 综合结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 LDPC 码的译码算法研究及改进
• 4.1 位翻转译码算法
• 4.1.1 硬判决位翻转译码算法
• 4.1.2 加权位翻转译码算法
• 4.2 软判决迭代概率译码算法
• 4.2.1 BP 译码算法
• 4.2.2 对数域BP 译码算法
• 4.2.3 基于BP 算法的简化算法
• 4.3 两种不同的消息传递机制SMP 和RMP
• 4.3.1 基于SMP 调度方式的译码算法
• 4.3.2 基于RMP 调度方式的译码算法
• 4.4 一种改进的LDPC 译码算法
• 4.4.1 改进的译码算法描述
• 4.4.2 算法仿真与结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 DVB-S2 中LDPC 译码器的设计与实现
• 5.1 LDPC 译码器设计概述
• 5.2 DVB-S2 中LDPC 译码器的设计与实现
• 5.2.1 译码器的顶层结构设计
• 5.2.2 控制器的设计
• 5.2.3 处理单元阵列的结构
• 5.2.4 存储单元组织
• 5.2.5 功能单元的设计
• 5.2.6 互连网络的实现
• 5.3 译码器综合结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录 A 普通帧下码率为 1/2 时的校验位累加地址表
• 附录 B 普通帧下码率为 1/2 时基于行表示方法的地址表