IEEE802.11n无线传输标准中LDPC译码的研究和移位器硬件实现

论文摘要

LDPC（Low Density Parity Check）码作为信道纠错编码界的一个研究热点,以其极好的纠错能力、高吞吐率和低复杂度等优点引起了人们的广泛关注,所以LDPC码已经被一些通讯标准纳入其中,如DVB-S2,IEEE802.11n和IEEE802.16e等。随着人们对LDPC理论的深入研究,它极有可能广泛地应用于第四代移动通信系统。本文正是基于IEEE802.11n无线传输标准,讨论了LDPC码的译码算法以及译码器中的移位器设计与实现问题。本文首先介绍了信道编码的发展和LDPC码的研究现状,接着简要介绍了LDPC码的基本原理和基于IEEE 802.11n标准的LDPC码。在介绍了LDPC码的译码算法及其改进译码算法的基础上,重点分析了Normalized BP-Based译码算法,并选取此算法作为IEEE802.11n中LDPC码的译码算法。通过搭建MATLAB仿真平台,分别对IEEE802.11n标准中四种码率（R=1/2, R=2/3, R=3/4, R=5/6）进行仿真,计算其相应的校验因子分别为1.15、1.25、1.3、1.35。又通过C语言对Normalized BP-Based译码算法进行定点仿真,并与LLR、Min-Sum算法进行比较,确定译码时定点字长为7bits。最后本文对LDPC码的硬件结构进行了研究,针对本项目中的LDPC码部分并行译码结构,重点实现了地址生成器addrgen、移位器shifter和反移位器reversed shifter三种模块。特别是对于shifter模块和reversed shifter模块,本文对比分析了四种比较常用的移位器结构。针对以上模块,编写了相应的RTL代码,通过了基于Modelsim的功能仿真测试,并且利用DC对其进行综合,同时利用ISE在Xilinx V-2系列FPGA器件上对其进行了综合优化,完成了后仿真。将本文实现的基于IEEE802.11n标准的四种移位器shifter进行了性能对比。对比结果显示,四种移位器各有优缺点。不过,对于本文讨论的部分并行译码结构,双向移位网络（bi-self-routing shift network,简称BSRSN）无论从面积、功耗、资源占有率和灵活性都比较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字通信系统
• 1.3 LDPC 码的发展历史
• 1.4 LDPC 码的研究现状
• 1.5 本文研究内容及安排
• 第2章 LDPC 码的基本原理及IEEE802.11n 标准的LDPC 码
• 2.1 引言
• 2.2 线性分组码
• 2.2.1 生成矩阵和校验矩阵
• 2.2.2 码的距离和重量
• 2.3 LDPC 码简介
• 2.3.1 LDPC 码的矩阵表示
• 2.3.2 Tanner 图表示
• 2.3.3 度数分布
• 2.3.4 规则与非规则LDPC 码
• 2.4 基于IEEE802.11n 标准的LDPC 码
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于IEEE802.11n 的LDPC 码译码算法和定点字长优化
• 3.1 引言
• 3.2 硬判决译码算法
• 3.3 软判决译码算法
• 3.3.1 概率BP 算法
• 3.3.2 LLR BP 算法
• 3.3.3 Min-Sum/Max-Product 算法
• 3.3.4 Normalized BP-Based 算法和Offset BP-Based 算法
• 3.4 校验因子 的仿真计算
• 3.5 LDPC 码译码器定点字长的优化
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于IEEE802.11n 的LDPC 译码器结构设计及其硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 基于IEEE802.11n 的LDPC 译码器结构的分析
• 4.3 地址生成器addrgen 的设计和硬件实现
• 4.4 移位器shifter 的设计和硬件实现
• 4.4.1 QSN 移位器网络
• 4.4.2 SRSN 移位器网络
• 4.4.3 BSRSN 和RBSRSN 移位器网络
• 4.4.3.1 BSRSN 移位器网络
• 4.4.3.2 RBSRSN 移位器网络
• 4.4.4 四种移位器对比分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历