地面数字电视广播LDPC信道解码的算法及FPGA实现

论文摘要

纠错编码技术是移动通信、卫星通信、光纤通信和磁盘存储等系统中的关键技术之一。其中,由Gallager在1962年首先提出的低密度奇偶校验码（LDPC）码,在沉寂了多年之后,受到Turbo码的启发,Mackey和Wiberg等人对Gallager码重新进行了研究发现Gallager码优异性能,LDPC码再次成为通信技术研究的热点。LDPC码是一种具有稀疏校验矩阵的线性分组码,研究结果表明,采用迭代的概率译码算法,LDPC码可以达到接近香农极限的性能。本论文主要对LDPC码的译码算法和硬件实现进行了较深入的研究。本文研究了在白高斯噪声信道下,针对中国地面数字电视广播（DTMB）中LDPC码的几种主要迭代译码算法。这些算法包括:和积算法,最小和算法,分层修正最小和算法等等。给出了LDPC码在这些不同译码算法下的误码率和迭代次数的仿真结果。同时,本文对LDPC译码器的关键参数、硬件实现中的定点量化与字长精度问题进行了深入的研究,给出了对译码器硬件实现具有参考意义的研究结果。最后,论文讨论了LDPC码译码器的硬件实现,分析了三种主要的硬件实现结构:全并行结构、部分并行结构、串行结构。随机构造的LDPC码,由于校验矩阵中非零元素分布的随机性,很难采用部分并行结构。而DTMB中校验矩阵很大,全并行结构显然无法适用,本文介绍了一种基于串行结构的硬件实现方法。这种方法不仅能够降低译码器硬件实现的复杂度,还可以逼近随机构造LDPC码的性能。为了验证该构造方法,我们在Xilinx公司Virtex-4系列XC4VLX200型号FPGA上实现了码长为7493、码率为0.4,0.6,0.8的非正则LDPC码译码器。全部设计采用Verilog语言描述,最大迭代次数为31次,译码器的时钟频率为120MHz。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字电视地面传输国家标准接收框图
• 1.2 研究LDPC 码的意义
• 1.3 LDPC 码的实现和应用方面
• 1.4 数字电视地面广播标准
• 1.4.1 国际上的三个标准
• 1.4.2 地面广播国标
• 1.5 本文主要内容
• 第二章 LDPC 简介
• 2.1 LDPC 码的定义
• 2.2 LDPC 码的 Tanner 图表示法
• 2.3 LDPC 码的生成矩阵表示法
• 2.4 LDPC 的分类
• 2.4.1 规则码和非规则码
• 2.4.2 二元域和多元域的码
• 2.5 LDPC 纠错举例
• 2.6 本章小结
• 第三章 LDPC 的ASIC 设计流程和工具简介
• 3.1 Verilog HDL 简介
• 3.2 FPGA 设计流程
• 3.3 ASIC 设计的主要流程
• 3.4 ASIC 前端设计工具介绍
• 3.4.1 Modelsim 简介
• 3.4.2 Synplify Pro/Synplify 简介
• 3.4.3 Xilinx ISE 简介
• 3.5 ASIC 后端设计工具介绍
• 3.5.1 Prime Time 简介
• 3.5.2 Formality 简介
• 3.5.3 Power Compiler 简介
• 3.5.4 TetraMAX ATPG 简介
• 3.5.5 VCS 简介
• 3.5.6 DFT Compiler 简介
• 3.6 本章小结
• 第四章 LDPC 解码算法实现及性能仿真
• 4.1 和积算法与最小和算法
• 4.1.1 和积算法
• 4.1.2 最小和算法
• 4.2 分层修正最小和算法
• 4.3 DTMB 标准中LDPC 简介
• 4.4 LDPC 解码最小和 Matlab 算法实现
• 4.5 LDPC 解码分层修正最小和 Matlab 算法实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 LDPC 的硬件实现及FPGA 测试
• 5.1 LDPC 码译码器的硬件结构
• 5.1.1 全并行结构
• 5.1.2 串行结构
• 5.1.3 部分并行结构
• 5.2 整体框图设计
• 5.3 本设计结构及优点
• 5.4 输入输出接口介绍
• 5.5 基于FPGA 的实现与测试结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 LDPC 的后端综合和时序分析
• 6.1 基本综合流程
• 6.2 逻辑综合
• 6.2.1 DC 综合的过程
• 6.2.2 DC 的综合策略
• 6.3 DC 的综合步骤
• 6.4 DC 的综合 tcl 脚本说明
• 6.4.1 设置库
• 6.4.2 读文件
• 6.4.3 加约束文件
• 6.4.4 编译
• 6.4.5 综合输出
• 6.4.6 主要约束命令说明
• 6.5 综合结果
• 6.6 静态时序分析
• 6.7 Prime Time 基本特点和功能
• 6.8 Prime Time 时序分析流程
• 6.9 PT 的综合 tcl 脚本说明
• 6.9.1 设置库及路径
• 6.9.2 读入网表文件
• 6.9.3 指定当前设计
• 6.9.4 加约束文件
• 6.9.5 查看报告
• 6.10 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢