数字通信系统中高性能前向纠错码（FEC）译码算法及其VLSI实现研究

论文摘要

从上世纪开始,信息理论、通信技术和半导体技术经历了深入而广泛的研究和发展。纠错码技术,即信道编解码技术,占据重要的地位,是信息高速、可靠传输的关键技术之一。在高速数字通信系统中,先进的前向纠错码（FEC）技术大量采用,是基带接收机中的设计难点,因此,高性能FEC译码芯片设计具有重要的现实意义和应用前景。在FEC技术中,低密度奇偶校验（LDPC）码和里德所罗门（RS）码是目前应用最广泛的两种线性分组码：前者被广泛应用在数字音视频广播系统（如DVB-S2,DTMB,CMMB）和高速数据通信系统（如WiMAX,10Gbase-T, WLAN和WPAN）中；后者被应用于CMMB,DVB-T,ISDB-T,ATSC和DVB-C等系统中。软判决译码算法具有优异的纠错性能,随之而来的是译码复杂度、芯片面积、功耗、译码延时等设计挑战。具体而言,LDPC译码器布线复杂度高,芯片利用率低,成本高,并且具有较高的功耗；同时,LDPC译码器面临来自不同应用系统的苛刻的设计要求。近年来发展起来的RS软判决译码算法,纠错性能比传统的RS硬判决译码大大提高,但是复杂度成倍增长；特别是数字音视频广播系统面临低功耗、低成本、小型化和可移动性的设计需求。因此,高性能RS译码器的实现代价和功耗都需要进一步降低。本论文主要研究上述两种FEC译码器的VLSI实现方法,主要包括：算法到译码器架构的映射、VLSI结构设计和芯片实现。基于降低复杂度的软判决译码算法、合理的并行度选择和存储器设计、流水线技术、提前终止技术、降低功耗技术、芯片面积优化技术等方法,本论文设计并实现了用于1 OGBase-T系统的RS-LDPC译码器、用于WiMAX和WLAN系统的QC-LDPC译码器、用于CMMB系统的HS-LDPC译码器,以及适用于多种音视频广播标准的RS译码器。

论文目录

• 目录
• 英文缩写
• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 信息论和信道编码技术
• 1.1.2 数字音视频广播技术
• 1.1.3 移动通信技术
• 1.1.4 以太网技术
• 1.2 相关研究工作
• 1.3 论文研究内容与安排
• 第二章 LDPC译码方法及译码器VLSI实现问题研究
• 2.1 LDPC码介绍
• 2.1.1 LDPC码表示方法
• 2.1.2 LDPC编码构造方法
• 2.2 LDPC译码算法
• 2.2.1 硬判决译码算法
• 2.2.2 软判决迭代译码算法
• 2.2.3 降低复杂度的译码算法
• 2.2.4 分层迭代译码算法
• 2.3 LDPC译码器VLSI实现中的技术挑战
• 2.4 LDPC译码器设计方法
• 2.4.1 降低LDPC译码器布线复杂度的方法
• 2.4.2 提高LDPC译码器数据吞吐量的途径
• 2.4.3 降低LDPC译码器芯片功耗的方法
• 2.5 总结
• 第三章 应用于10GBase-T系统RS-LDPC码译码器
• 3.1 10GBase-T系统中RS-LDPC码
• 3.2 高度并行译码器算法
• 3.3 高度并行译码器结构
• 3.3.1 系统架构
• 3.3.2 节点处理器
• 3.3.3 译码器的流水线设计
• 3.3.4 信息置换网络
• 3.3.5 RS-LDPC译码芯片后端物理设计
• 3.4 验证与测试结果
• 3.5 总结
• 第四章 应用于WiMAX和WLAN系统的QC-LDPC码译码器
• 4.1 WiMAX系统中QC-LDPC码
• 4.2 WLAN系统中QC-LDPC码
• 4.3 两相交叠QC-LDPC译码器算法
• 4.4 两相交叠QC-LDPC译码器结构
• 4.4.1 QC-LDPC译码器整体架构
• 4.4.2 存储器组织
• 4.4.3 软输入软输出运算单元
• 4.4.4 非零子矩阵重排
• 4.4.5 信息置换网络
• 4.4.6 迭代提前终止
• 4.5 验证与测试结果
• 4.6 总结
• 第五章 应用于CMMB系统的HS-LDPC码译码器
• 5.1 CMMB系统中HS-LDPC码
• 5.2 两相部分交叠HS-LDPC译码算法
• 5.3 两相部分交叠HS-LDPC译码器
• 5.3.1 HS-LDPC译码器系统架构
• 5.3.2 节点处理器
• 5.3.3 存储器组织
• 5.3.4 信息置换网络
• 5.3.5 迭代提前终止
• 5.4 验证与测试结果
• 5.5 总结
• 第六章 Reed-Solomon编译码方法
• 6.1 Reed-Solomon码介绍
• 6.2 Reed-Solomon编码构造
• 6.3 Reed-Solomon译码
• 6.3.1 硬判决译码
• 6.3.2 软判决译码
• 6.4 多标准RS译码器设计分析
• 6.5 总结
• 第七章 多标准应用的RS译码器
• 7.1 RS码的应用及参数
• 7.2 多标准RS译码算法
• 7.3 多标准RS译码器
• 7.3.1 RS译码器系统架构
• 7.3.2 软判决处理器
• 7.3.3 软译码提前终止
• 7.3.4 硬判决译码器
• 7.4 RS译码器验证与测试结果
• 7.5 总结
• 第八章 工作总结与未来工作展望
• 8.1 工作总结
• 8.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表的论文和专利列表