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通信系统中,纠错编码的作用是保证通信传输的可靠性。LDPC码是一种特殊的具有稀疏校验矩阵的纠错编码,其性能逼近香农限。这种码具有实现复杂度低和数据吞吐量高的优点。由于其卓越的纠错性能,LDPC码受到了越来越多的关注,而在实际系统中如何有效地硬件实现LDPC译码器也成为了一项重要的课题。
随着移动通信技术的不断发展,“B3G”移动通信系统的研究进入了设计与实现阶段。为了满足多种业务和高数据率的需求,“B3G”系统方案采用了LDPC码作为纠错编码。本文的目的就是研究“B3G”系统中LDPC译码器的硬件结构以及如何用FPGA实现。
在简单回顾了信道编码的背景知识后,本文对LDPC码的基本概念以及译码算法进行了介绍。与BP算法相比,BPbased算法具有复杂度低的优点,因此选择了BPbased作为实现译码算法。
论文分析了三种不同的译码器结构:并行结构、串行结构以及部分并行结构,并提出了一种新颖的部分并行结构的LDPC译码器,较好地解决了当校验矩阵为随机结构时,译码性能、硬件资源和数据吞吐量平衡的问题。该方法对m行n列的校验矩阵进行列交换处理,使得校验矩阵形成k个m行ni列的子矩阵,每个子矩阵具有一定的规律。译码时,k个子矩阵间以并行机制处理信息,而子矩阵内以串行方式进行译码运算。
“B3G”系统中,LDPC码校验矩阵为随机的非规则校验矩阵,码长为3944比特。译码器采用Verilog语言描述,使用Xilinx的Virtex-ⅡPro70FPGA芯片进行实现。当迭代次数为20次时,译码速率达到了6.5Mbps。将设计下载到芯片进行验证,测试显示,译码器能够满足系统设计的要求。