适用于5G NR的可重构BP译码器

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为进一步提升数据传输速率、减小延迟、提高系统容量,第五代移动通信技术(5G)应运而生。5G作为新一代蜂窝移动通信技术,有三大应用场景:增强型移动宽带(e MBB)、超可靠低时延通信(URLLC)和大规模机器通信(m MTC)。5G的首个标准版本Release 15的发布,标志着5G标准化取得重大进展。标准规定了增强型移动宽带场景下,控制信道编码采用Polar码,数据信道编码采用QCLDPC码,这为Polar码和QC-LDPC码提供了很好的同时应用的场景。目前单一的Polar码及QC-LDPC码译码器的优化实现已经被广泛研究,可以实现较好的吞吐率和能效,但共模设计鲜有提及。随着摩尔定律发展放缓,通过探索两种译码算法在原理上的相似性,实现共模的Polar码和QC-LDPC码编译码器可提升硬件的利用率,满足5G中的高能效需求。本文结合可重构技术和两种编码方式下的BP译码算法在5G NR标准下开展了如下工作:第一,通过对Polar码和QC-LDPC码的BP译码算法进行算法分析与算子拆分,证明了基于可重构方式的BP译码器的可行性,并就此设计了适用于该策略的存储方式和可重构计算单元(CU)阵列。支持Polar码和QC-LDPC码端到端的BP译码。第二,在实现QC-LDPC码译码器时,针对其在可重构CU阵列上的映射,设计了基于可重构Reverse Banyan网络和QSN网络的循环移位器。可重构Reverse Banyan网络通过提前终止拆分为不同规模的子循环网络,结合QSN网络以支持5G NR下全部51种Z值的循环移位,与纯QSN网络相比,二选一MUX数减少55.5%。第三,所设计的高并行度BP译码器支持帧内并行和帧间并行两种模式,帧内并行情况下Polar码译码最大吞吐率为5.63Gbps,QC-LDPC码译码最大吞吐率为668.13Mbps;帧间并行情况下Polar码译码最大吞吐率为16.64Gbps,QCLDPC码译码最大吞吐率为4.75Gbps;相比较于单一的Polar码译码器和QCLDPC码译码器,总面积减小了25.7%;适用于5G中能效、面效要求比较高的应用场景。
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