多元LDPC译码器设计

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多元LDPC码_设计、构造与译码

多元LDPC码_设计、构造与译码多元LDPC码：设计、构造与译码随着通信技术的不断发展和广泛应用，对于可靠传输的要求也越来越高。

而LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码因其良好的误码性能和低复杂度的译码算法而备受关注。

在传统的LDPC码中，每一位信息被编码为一个码字，但是随着多媒体通信和大数据传输的快速发展，对于高吞吐量传输的需求也越来越迫切。

因此，多元LDPC码就应运而生。

多元LDPC码采用一种更高的数据符号数量来编码一组信息，从而提高了信息传输的吞吐量。

与传统的LDPC码相比，多元LDPC码在效率和可靠性方面提供了更好的性能。

但是，多元LDPC码的设计、构造和译码也面临着更大的挑战。

首先，多元LDPC码的设计需要确定合适的码长、码率、符号数等参数。

这些参数的选择直接影响了多元LDPC码的性能。

合理地选择参数可以提高多元LDPC码的纠错能力和吞吐量。

其次，多元LDPC码的构造是关键之一。

传统的LDPC码构造方法在多元LDPC码的设计中并不适用，因为多元LDPC码中的每个数据符号可以由多个不同的码字组成。

因此，需要设计特殊的构造算法，来保证多元LDPC码的多样性和纠错能力。

最后，多元LDPC码的译码是多元LDPC码的关键技术之一。

在多元LDPC码的译码过程中，需要解析复杂的多元变量，同时还需要考虑多个码字的组合和比较。

这对于译码算法的设计提出了更高的要求。

目前，已经提出了一些高效的多元LDPC码译码算法，例如迭代译码和软输出译码等。

总的来说，多元LDPC码的设计、构造和译码是一项复杂而有挑战性的工作。

多元LDPC码可以提高信息传输的吞吐量和可靠性，适用于大数据传输和多媒体通信等应用。

通过合理选择参数、设计特殊的构造算法和优化译码技术，可以进一步提高多元LDPC码的性能。

在未来的研究中，还需要进一步深入研究多元LDPC码的不同应用场景和优化方法，以满足不同通信系统的需求综上所述，多元LDPC码作为一种重要的纠错编码技术，具有很大的潜力和广泛的应用前景。

基于FPGA的多元LDPC码编译码器的设计

【摘要】重点给出了基于ＲＡ结构的多元ＬＤＰＣ码编码方法以及基于Ｍａｘ—ｌｏｇ—ＢＰ译码算法的ＦＰＧＡ硬件实现方，可以满足一般的水声通信要求。【关键词】多元ＬＤＰＣ码；ＦＰＧＡ；硬件实现【中图分类号】ＴＢ５６７【文献标志码】Ａ
码方案。
２基于ＲＡ结构的ＦＰＧＡ编码器设计
ＬＤＰＣ码的码字向量由信息位与校验位组成，
基于ＲＡ结构的ＬＤＰＣ快速编码算法的编码过程很
目前在各种数字通信系统中使用二元ＬＤＰＣ码的应用已比较广泛。但相同参数下的多元ＬＤ —
这就形成了所要的码字。在具体实现中，运用查找
小短环和停止集对译码收敛性的影响＿】－２］。因
此多元ＬＤＰＣ码可以设计出具有更低错误平层
表的形式，将校验矩阵日的非零元素的列地址存储
ＸＩＡＯＨｕｉｍｉｎ，ＷＡＮＧＰｅｎｇｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｏｎｇｘｕｎＤｅＭｇｎｏｆＣｏｄｅｒａｎｄＤｅｃｏｄｅｒｆｏｒｑ－ａｒｙＬＤＰＣＣｏｄｅｓＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
消耗情况来看，其可以满足一般的通信要求。将此
硬件实现方案应用到水声通信网络中，可以实现信息的高速有效传输，结合无线电技术在海洋里建立起全方位、立体通信，有助于人们对海洋的观测及

LDPC码编译码器的设计与实现

LDPC码编译码器的设计与实现
LDPC码在深空通信中有很好的实用价值，同时LDPC码也被广泛应用于光纤通信、卫星数字视频和音频广播等领域。

在加性高斯白噪声信道环境下，BPSK 调制时，归一化最小和译码算法能很好地平衡译码性能和算法复杂度，易于硬件实现，且常以流水线的形式出现在译码器的设计中。

本文针对LDPC译码器提出一种新的设计思路，将流水线思想从译码算法本身扩展到译码器的整体设计中，设计出可以多帧并行且结构简单的译码器，最后通过仿真与实现对其性能进行验证。

本文主要的研究工作如下：首先，利用双对角QC-LDPC码校验矩阵的特点，设计双递归流水线编码器，详细介绍其编码原理与编码器的结构，并细致分析编码器的工作流程，给出仿真时序图与资源消耗情况。

其次，按照LDPC码译码算法的演化进程对概率域BP算法、对数域BP算法以及归一化最小和算法分别进行介绍，并对它们的性能进行仿真比较。

然后分别对归一化系数、迭代次数以及初始值量化位数等译码参数进行性能仿真，并根据仿真结果做出适当的选择。

之后，提出流水线式译码器的设计思想，给出归一化最小和译码算法的流水线化方法，详细介绍流水线式译码器的结构与工作原理，针对规则与准循环LDPC 码设计两款译码器，并给出仿真结果，提出进一步优化的方向。

最后，将两组编码器和译码器在FPGA实验板上进行实现，在Matlab以及串口调试助手等软件的帮助下，通过串口与计算机进行配合，组成两套编译码系统，实现数据的编译码工作，并检验编译码器在实际应用中的性能。

多码率QC-LDPC译码器设计与实现

多码率QC-LDPC译码器设计与实现摘要：低密度奇偶校验码（LDPC）是目前最有效的差错控制手段之一，而其中准循环LDPC 码（QC-LDPC）应用最为广泛。

提出了一种通用的多码率QC-LDPC 译码器设计方法，并在FPGA 上完成了实现和测试。

测试结果表明，该多码率译码器在资源占用不超过2 种码率译码器资源之和的前提下能够有效支持至少3 种码率；且工作时钟在110 MHZ 时，固定迭代次数为16 次，该译码器的吞吐率能保持在110 Mb/s 以上。

0 引言LDPC 码最早于1962 年由Gallager 提出，可以看成是一个具有稀疏校验矩阵的线性分组码。

自从Mackay 和Neal 发现LDPC 码的性能非常接近香农限以后，LDPC 码越来越受到人们的重视。

基于准循环LDPC（QC-LDPC）码结构特点，提出了一种支持多种码率QC-LDPC 译码器的设计方法，并设计实现了一个能够实时自适应支持三个不同H 阵的通用QC-LDPC 译码器。

1 QC-LDPC 码简介QC-LDPC 码的校验矩阵Hqc 是由c 乘以t 个循环置换矩阵组成的，其中c，t 均为整数，且c t 。

将QC-LDPC 码的校验矩阵中每一个置换矩阵替换为相应的移位值，这样得到了一个新的矩阵，称为基本矩阵。

基本矩阵与Η 阵是一一对应的。

QC-LDPC 规则的结构使得其编译码在工程上易于实现，因此许多标准中的LDPC 码都采用了QC-LDPC 码。

2 译码算法简介这里设计的译码器主要采用基于软判决的偏移值最小和算法。

偏移值最小和算法是在和积算法和最小和算法的基础上改进而来，具有译码复杂度低，性能优异等特点。

为了能够较好地描述该算法，先对一些符号进行定义。

多元LDPC码编译码器的设计与实现

多元LDPC码编译码器的设计与实现近些年来,低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Codes,LDPC)因为其优异的纠错性能和高度并行的译码方案而受到极大的关注,被广泛考虑为下一代通信系统中的纠错码标准,而多元LDPC码作为二元LDPC码的延伸,并没有被人们深入的研究。

但是,相对二元LDPC码,多元LDPC码有更好的译码性能,其应用前景潜力巨大。

多元LDPC码的实现复杂度和译码器的资源消耗很大是制约其发展的重要原因,至今没有重要的硬件研究结果问世。

本文,把编码和译码协同起来考虑,提出一种基于准循环RA结构编码算法,扩展最小和(Extended Min-Sum,EMS)译码算法的多元LDPC码的编译码实现方案。

系统详细的阐述其内部结构,功能,工作原理,设计细节。

准循环的校验矩阵结构有利于高速的并行编译码,RA结构大大的简化了编码复杂度,而EMS译码算法很大程度上简化了译码实现复杂度和资源消耗。

本文采用4元LDPC码为例在Xilinx FPGA上做了实际验证,综合后的编码器时钟频率为123.277MHz,折算成编码器输出端的数据率为246.554Mbit/s,译码器工作时钟频率为175.352MHz,折合成译码器输入端的数据率最大为87.676Mbits/s,并进行相关分析和对比,证明其可用性。

本文提出一种双进双出信息调度算法,有效地提高了时钟利用率和吞吐量,译码速率增加到原来的1.93倍。

针对这些情况,本文的主要研究内容包括:首先,对多元LDPC码的校验矩阵构造方法,编码方案,几种常见的译码算法做了简单介绍,详细介绍了基于RA结构的构造方法和EMS译码算法。

其次,便于对比,详细阐述了RU编码方法和本文采用的RA结构编码方法的硬件实现具体过程,并对二者的性能进行分析,给出了相关仿真结果。

再次,系统阐述了基于EMS译码算法的译码器硬件实现方案,包括各模块功能,结构,工作原理,着重对译码器资源占用、速度、性能进行详细分析,对比,并提出一种优化的信息调度算法,证明了其可行性。

多码率多边类型LDPC码译码器的设计与实现

为０５０８多边ＬＰ．．的～ＤＣ码译码器。
【关键词】多边低密度校验码；多码率；现场可编程门阵列；译码器
【中图分类号】Ｎ６；Ｐ９Ｔ７４Ｔ３ｇａｍｐｌｍｅａｔｏ￣ｆＭｕｌｉａｅＭｕｔ・ｅｅＴｙｅｎｔｉａｏｔ－ｒｔｌｉｄｇｐｅＬＤＰＣＣｏｓ－ｄｅＤｅｏｄｒｃｅ
ｂｔａｄｓｉｂｅｉ，ｎａｕｔｌｍｕｔｒｔＭＥＴＬＣｏｅａｔｌｐｒｌｌｄｃｄｎｓｒｃｕｅｓｅｉｎｄＦＧＡｐａｏｍＬｅｔｉａｌ－ａｅｉ－ＤＰｃｄｐｒｉａａｌｅｏｉｇｔｕｔｒｉｄｓｇｅ．ＰｌｔｒａｅｆＩｓｈｓｓｓｕｔｒｏａｈｅｅｔｅｍｕｔｒｔｔｅｕｅｔｃｉｖｈｌ－ａｅＭＥＬＰＣｄｃｄｒｗｉｏｅｌｎｔ４ｉａｄｔｅｃｄａｅｒｎｅｆｏ０５ｔ．．ｒｉＴ－Ｄｅｏｅｔｃｄ－ｅｇｈ６０ｂｔｎｈｏｅｒｔａｇｒｍ．ｏ０８ｈ
Ｐｒ＆ａｐｉｔｎｌａｔｐｌｉｓｓｃａｏ
器件与应用ｌ
文章编号：０２８９（０）５０６ — ４１０ — ６２２１１ —０１０１
多码率多边类型ＬＣ码译码器的设计与实现ＤＰ
甘永银胡文江黄，，睿谢东福，
ＬｂｏｉｅａｄＷｉｌｓＣｍｎｃｔｎ＆ｓｍ，Ｘａｅｎｖｒｉ，脚 ∞ Ｘａｅ６０５ｈｎ）ａＩｄｂｎｒｓｏｍｕｉｉｆＶｅｅａｏｔ￣ｉｍｎＵｉｓｙｅｅｔｉｍｎ３１０，Ｃｉａ

多码率、多码长LDPC译码器的设计与实现

为了保证实时通信业务的服务质量，降低误码率，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｄｅｃｏｄｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＴＤＭＰ）ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｔｈｅｍｕｌｔｉ — ｒａｔｅ，ｍｕｌｔｉ — ｌｅｎｇｔｈＬＤＰＣｃｏｄｅｄｅｃｏｄｅｒ．Ｔｈｅ
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ
多码率、多码长ＬＤＰＣ译码器的设计与实现冰
唐凯林，杜慧敏，段高攀（西安邮电大学电子工程学院，陕西西安７１００６１）
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｘｉａｎ７１００６１，Ｃｈｉｎａ）
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｒａｔｅａｎｄｍｕｌｔｉ－ｌｅｎｇｔｈＬＤＰＣｄｅｃｏｄｅｒ
ＴａｎｇＫａｉｌｉｎ，ＤｕＨｕｉｍｉｎ，ＤｕａｎＧａｏｐａｎ
ｄｅｃｏｄｅｒｕｓｅｓｐａｒａｌｌｅｌａｎｄｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｋｅｅｐｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｃｏｄｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ．ＩＳＥｔｏｏｌｓｅｔｏｆＸｉｌｉｎｘｉＳｕｓｅｄｔｏｄｏｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ｃｈｏｏｓｉｎｇＶｉｒｔｅｘ４一ｘｅ４ｖｆｘ１２一ｓｆ３６３—１２ａｓＦＰＧＡｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｌｏｃｋｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ１７０ＭＨｚ，ｔｈｅｄｅｃｏｄｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｃａｎｒｅａｃｈ１２８．７７Ｍｂ／ｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ，ｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｅｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭａｔｌａｂ．ＫｅｙＷＯｒｄｓ：ＩＥＥＥ８０２．１６ｅｓｔａｎｄａｒｄ；ＴＤＭＰ；ＬＤＰＣｄｅｃｏｄｅｒ；ｈａｒｄｗａｒｅ＆ｓｏｔｆｗａｒｅｃｏ — ｖｅｒｉｆｅａｔｉｏｎｐｌａｆｔｏｒｍ

多码率LDPC码编译码器的FPGA实现

多码率LDPC码编译码器的FPGA实现
由于低密度校验码(Low Density Parity Check codes, LDPC码)具有接近香农限的误比特率性能,使其成为众多通信标准优选的信道编码方案。

本文给出了多码率LDPC码编译码器的FPGA实现方案。

本文给出了适合FPGA实现的编译码算法。

在编码算法方面,重点在算法复杂度、编码吞吐率和FPGA可实现性上进行了研究,给出了简化Efficient编码算法。

在译码算法方面,在归一化最小和算法的基础上提出了一种改进译码算法。

该算法在FPGA上实现时,只涉及加法、比较以及异或运算。

该改进算法亦可应用于分层译码算法。

本文利用提出的编译码算法对LDPC 码编译码器进行了FPGA实现。

提出了LDPC码编码器的结构,优化了校验码元计算模块和存储模块的实现。

利用移位网络实现了可重配置单码率LDPC码编码器。

提出了LDPC码译码器结构,该结构采用了半并行计算方式和提前检测技术,复用了存储模块和迭代计算模块。

本文采用硬件描述语言,以IEEE802.16e和IEEE802.11n标准中的LDPC码为例在FPGA上进行了实现。

实现结果表明,码长为1944的编码器能够有效支持四种码率,FPGA硬件资源消耗低,最大编码吞吐率为4.3Gbps；译码器可有效支持四种码率,并能够在资源消耗和译码吞叶率性能之间取得较好的折中。

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关键词：扩展最小和；多元ＬＰＤＣ码；硬件结构；吞吐量
中图分类号：Βιβλιοθήκη ９Ｎ２文献标识码：Ａ
文章编号：１０ — ５０２１）３０９ — ７０３０３（０２０ — ３７０
ＡｔｄｆｈｓｇｆＮｏ－ｉａｙＬｓｕｙｏｅＤｅｉｎｏｎｂｎｒＤＰＣｃｄｒｔＤｅｏｅ
第２８卷
第３期
信号处理
ＳＧＮＡＬＰＩＲ０ＣＥＳＩＳＮＧ
Ｖｏ．８Ｎｏ３１２．Ｍａ．２２ｒ０ｌ
２１０２年３月
多元ＬＰ译码器设计ＤＣ
刘飞黎海涛
（京３业大学电子信息与控制工程学院，京１０２）北７＿北０１４
ｐｐｒｈｏｅｏ－ｉａｙＬＰｅｏｅｒｈｔｃｕｅｉｐｏｏｅｏｏｅｃｍｅｔｉｒｂｅａｅ，ｔｅｎｖｌｎｂｎｒＤＣｄｃｄｒｃｉｔｒｓｒｐｓｄｔｖｒｏｓｐｏｌｍ．Ｂａｅｎｔｅｒｌｓｏｒｒ — ｎａｅｈｓｄｏｕｅｆｗａｄｈｏｆｂｃｗａｄａｇｒｈ，ｗｔｉｅｔｒｅｓｎｌｔｐｏｅａｉｎｏｃｍｐｅｅｔｅｃｅｋｎｄｐａｅａｄｏｔｚｅｃｅｋｎｄａｋｒｌｏｔｍｉｅｕｉｚｈｅｉｇｅｓｅｐｒｔｓｔｏｌｔｈｈｃｏｅｕｄｔｎｐｉｅｔｈｃｏｅｌｏｍｉｈｕｄｔｔｐｏｅａｉｎｐａｅｓｅｐｒｔ．Ｔｅｈｒｗａｅｒｓｕｃｏｓｍｐｉｎｆｒｃｅｋｎｄｐａｅｉｃｅｓｓｓｉｈｌ，ｂｔｔｅｃｃｅｒｑｉｄｏｈａｄｒｅｏｒｅｃｎｕｔｈｃｏｅｕｄｔｎｒａｅｌｔｏｏｇｙｕｈｙｌｅｕｒｅｉｒｄｃｄｔ／ｆｇｎｒｌｄｃｄｒｓｒｃｕｅＴｅｖｒａｌｏｅｕｄｔｎｔｗｉｕｌａａｌｌｃｍｐｔｔｎｉｐｅｅｔｄｓｅｕｅｏ１３ｏｅｅａｅｏｅｔｔｒ．ｈａｂｅｎｄｐａｅｕｉｔｆｌｐｒｌｏｕａｉｓｒｓｎｅｕｉｈｙｅｏｗｔｏｔｏａｄｂｃｗａｄ，ｗｉｈｒｍｏｅｅｕｓｖｏｕａｉｎａｎｈｓａｅｖｃｏｎｓｏｗｃｍｐｅｉｎａｉｕｒｒ — ａｋｒｈｆｗｈｃｅｖｓｒｅｒｉｅｃｍｐｔｔｍｏｇｔｅｍｅｓｇｅｔｒａｄｉｆｏｏｌｘｔａｄｌ — ｏｌｙ
Ａｓｒｃ：ｈｓｐｐｒｄｒｓｅｅｏｅｅｉｎｆｏｂｎｒｕｓｙｌＤＣ（ｃＬＰ）ｃｄｓｂｓｄｏｅｅｔｄｄｂｔｔＴｉａｅｄｅｓｓｃｄｒｓｒｎｎｉａｑａｉｃｉＬＰＱ —ＤＣｏｅａｅｎｔｘｎｅａａｄｄｇｏｙｃｃｈｅ
ＬＵｅＬｉｔｏＩＦｉＩＨａ —ａ
（ｏｌｅｏｌｔｎｃＩｆｒａｉｎｏｔｌｎｉｅｒｇＢｉｎｎｖｒｉｆｅｈｏｇ，Ｂｉｎ０１４，ｈｎ）ＣｌｇｆｅｒｉｎｍｔｎａｄＣｎｒｇｅｎ，ｅｉｇＵｉｅｓｙｏｃｎｌｙｅｉｇ１０２ＣｉａｅＥｃｏｏｏｏＥｎｉｊｔＴｏｊ
耗略有增加，但所需时钟周期约降为一般结构的１３／；并采用全并行运算的变量节点信息更新单元，无需利用前向后向算法将更新过程分解为多个单步运算，消除了变量节点更新的递归计算，且具有低复杂度低延时等优点，并在现场可编程门阵列（ＰＡ）ｉｎｉｅ一ＸＡＬ２０平台上对一个Ｇ（６域上（８，６）ＦＧＸｌｘＶ￣ｘ４（ＣＶＸ０）ｉＦ１）４０３０的准循环多元ＬＰＤＣ码进行了综合仿真。仿真结果证明，设计的译码器在较小资源消耗条件下能成倍提高吞吐量。
ｍｉ— ｍ（ＭＳｌｒｈｎｓｕＥ）ａｏｔｍ．Ｉｉｎｃｓａｙｔｐｒｒｕｎｔｓｏｒｕｓｅｃｍｕａｏｍｎｅｍｓａｅｖｃｒａｄｇｉｔｓｅｅｓｒｅｏｑａｔｉｆｅｒｖｏｐｔｉｎａｏｇｔｅｓｇｅｔ，ｎｏｆｍｉｅｅｉｔｈｏ
摘
要：在多元低密度奇偶校验码（ＢＬＰ）Ｎ —ＤＣ的扩展最小和译码算法（ＭＳ中，由于消息向量的递归计算和校验Ｅ）
／变量节点信息之间的迭代交换，导致译码器存在较大延迟。针对此问题本文提出了一种新型译码器结构，它优化了校验节点更新单步运算单元，根据前向后向算法规则，以３路单步运算单元完成校验节点更新，硬件资源消
ｏｌｎｉｇｅｓｅｐｒｔｏｓｉｉｉｅｏｃｍｐｅｅｔｈｃｄｐｄｔｎｙｏｅｓｎｌｔｐｏｅａｉｎｓｕｔｌｄｔｏｌｔｈｅｃｅｋｎｏｅｕａｅ，ｗｈｃｅｄｓｔａｇｒｄｅｏｄｒｌｔｎｃＩｈｓｚｉｈｌａｏｌｒｅｃｅａｅｙ．ｎｔｉ