DTMB标准专用LDPC编译码器的研究及其硬件实现

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低密度校验码(Low-density Parity-check Codes, LDPC)是一种逼近香农极限的优秀纠错编码,在长码时的性能甚至超过了Turbo码。同时,LDPC码十分适合使用硬件实现高速编码和译码,尤其是准循环LDPC码的使用可以大大降低编译码器的复杂度。目前,LDPC码已经成为第四代移动通信(4G)系统中信道编码方案。中国地面数字电视传输标准(Digital Terrestrial Media Broadcasting,DTMB)中的信道编码方案采用了LDPC码作为内码,BCH码作为外码。由于数字电视系统对数据处理和传输的速率要求较高,因此采用硬件电路来实现LDPC编译码算法具有很高的实用价值。本文重点研究了DTMB标准中LDPC码的编码算法和译码算法,并对各种典型译码算法及其消息传递机制进行性能仿真,找到最适合硬件实现的译码算法及其消息传递机制,同时通过仿真确定编译码算法中的关键参数,在此基础上采用FPGA进行LDPC编码器和译码器的硬件电路设计,并针对DTMB系统的特点提出硬件电路设计的改进方案,使LDPC编码器和译码器在满足DTMB标准的吞吐率要求前提下,尽量降低硬件资源和存储块资源的占用。最后,在XilinxXC4VSX35FPGA芯片上实现了LDPC编码器和LDPC译码器,并进行时序仿真和板级测试。通过性能分析发现,该编码器和译码器可以满足DTMB系统的吞吐率要求。本文的主要贡献与创新点体现在以下几个方面:1、针对DTMB标准,提出一种码流输出格式可控的LDPC编码器结构,可以依照标准中采用的五种不同的符号映射方式,选择不同的码流输出格式,以便给符号映射提供最佳的码流宽度,从而提高了编码器的通用性。2、针对传统译码器硬件资源消耗巨大的缺陷,提出一种新型的译码器硬件实现方案,通过切割子矩阵的方法,进一步提高硬件结构的串行度,从而大大减少了逻辑资源和存储块的使用。3、采用特殊的译码器软信息存储方案,该方案非常适合FPGA芯片中BlockRAM宽度小深度大的狭长形结构,大大提高了BlockRAM的利用率。4、译码器采用一种基于桶形移位原理的交叉网络来传递数据,避免了复杂的硬线连接。
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