基于FPGA的QC-LDPC码编码器实现.pdf

简介：
本文探讨了在FPGA平台上高效实现QC-LDPC（准循环低密度奇偶校验）编码器的方法和技术，旨在优化通信系统的错误纠正性能。 QC-LDPC码是一种准循环低密度奇偶校验码，在纠错性能方面表现出色，并被纳入空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的近地轨道通信标准中。作为基于几何构造的LDPC码的一种，它继承了LDPC码的优点，例如接近香农极限的误码性能、无错误平层和快速译码速度等特性；同时通过准循环结构降低了编解码过程复杂度，并具有很好的可实现性。这种编码方式已在IEEE 802.11n(WLAN)、IEEE 802.16e(WiMAX)及多种通信标准中采用。 在硬件实现方面，研究者通常选择大规模集成电路作为编译码器的方案来推进QC-LDPC的实际应用。尽管其解码过程相对简单，但编码过程较为复杂，因为需要处理具有随机性质的校验矩阵。2001年Richardson等人提出了简化编码算法，但在长码字情况下运算量大而不便使用。为解决此问题，研究者们开发了新的简化编码方法。 本段落介绍了基于生成矩阵的QC-LDPC编码方式，并利用循环矩阵特性来减少资源消耗和存储模式复杂度。通过应用循环移位寄存器及累加器实现矩阵乘法操作，从而降低算法复杂性。使用Xilinx xe4vsx55 FPGA器件与VHDL编程语言成功设计了CCSDS标准中的(8176, 7154) LDPC编码器，并在仿真中证实该编码器资源消耗低且吞吐量达到约228 Mbits。 FPGA实现过程中，利用VHDL进行硬件描述是关键步骤。这是一种用于电子系统设计及数字逻辑的编程语言，在FPGA设计领域扮演重要角色，允许设计师通过文本形式编写电路行为和结构，并将其转换为实际硬件电路。 在LDPC编码器的设计中需特别关注几个方面：首先是如何有效实现矩阵运算；其次是优化资源利用以减少消耗并保持高效吞吐量；再次是降低编码延迟以提高通信系统的实时性。这些研究领域涉及编码理论、信息论以及数字电路设计等多个学科，表明软硬件整合能力在高性能通信系统的设计中至关重要。 LDPC码的FPGA实现对于无线通讯和深空通讯等领域具有重要意义，可提供更高的数据传输速率及更低误码率，有助于推动相关技术的进步与升级。通过本段落介绍我们了解了QC-LDPC编码器的FPGA实现方法、过程以及面对挑战时采取的策略，这些研究对通信系统的改进和技术革新起到了深远影响。