码率自适应多边LDPC码的编码器设计与FPGA实现

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码率自适应是提升频谱利用率的有效方法之一。采用码率自适应方案,可以在不增加系统功耗和复杂度的情况下,使得编码码率适应信道变化,提升系统吞吐量。码率自适应方案包括多码率编码和HARQ两个方面,多码率编码能够根据需要对输入信息比特进行指定码率的编码,使得在接收端能够正确译码的可能性加大;HARQ特有的反馈重传特点,使得发送方能根据反馈信息,自适应的改变编码码率;多码率编码和HARQ相结合,既能保证正确传输,又能提升信道利用率,提高系统吞吐量。因此,码率自适应技术现已应用到第三代移动通信标准,并将在下一代移动通信标准中发挥更大的作用。   本文介绍了一种多边类型LDPC(Multi-Edge Type LDPC Codes,即MET-LDPC码)码型,与传统的LDPC码相比,MET-LDPC码在纠错性能,错误地板、编码实现复杂度等均有明显的优势。因此,MET-LDPC码可作为下一代移动通信标准信道编码的强有力竞争者。针对多边类型LDPC码型特点,提出了一种适宜硬件实现的多边类型LDPC多码率编码方案,码率可在0.5到0.8范围内自由的调节。该多码率编码方案相对于随机构造的多码率编码方案在性能上并没有损失,却简化了编码器实现的复杂度。以此为基础,本文在xilinx FPGA上实现了基于寄存器的多边类型LDPC码多码率编码器,与传统编码器实现方案相比,该编码器在不改变编码架构的情况下,对信息比特进行码率自适应编码,不占用RAM资源,交织方式易修改。当输入信息比特数为640时,该编码器最高运行时钟为244.375MHz,最高吞吐量为175.73Mbps。同时,针对多边类型LDPC码码率自适应方案,提出一种基于信道估计的HARQ方案。该方案选择合适的信道估计方法对信道进行估计,并将信道信息反馈给发送端,以此来进行自适应编码。仿真结果表明,与IR-HARQ、ChaseCombining-HARQ方案相比,信道估计HARQ方案平均传输次数最高可减少60%,系统吞吐量可提高35%。
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