本文關(guān)鍵詞：低密度奇偶校驗(yàn)碼在空間通信中的關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： LDPC碼 超高速 低功耗 多碼率兼容 編譯碼架構(gòu)

【摘要】：低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼是最接近香農(nóng)極限的糾錯(cuò)碼之一,具有優(yōu)良的性能,受到工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在移動(dòng)通信領(lǐng)域,3GPP和IEEE等標(biāo)準(zhǔn)化組織都推薦了自己的LDPC碼方案作為移動(dòng)通信信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。在空間通信領(lǐng)域,ETSI和CCSDS等空間通信的標(biāo)準(zhǔn)化組織也選擇合適的LDPC碼方案作為空間通信的信道編碼標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)空間通信的特點(diǎn),LDPC碼作為信道編碼方案的關(guān)鍵技術(shù)主要包括近地空間通信和深空通信中要求的高速率編碼、多碼率兼容編碼、低功耗編譯碼等。本文針對(duì)這幾種關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)分析和研究,主要的研究工作如下:1、在面向空間超高速通信應(yīng)用場(chǎng)景中,本文在CCSDS標(biāo)準(zhǔn)推薦7/8碼率LDPC串行編碼架構(gòu)的基礎(chǔ)上提出并實(shí)現(xiàn)了一種低并行度編碼方法,然后通過(guò)對(duì)低并行度編碼方法的優(yōu)化提出一種編碼吞吐率達(dá)2.5Gbps的超高速LDPC編碼架構(gòu),并給出了這種超高速編碼架構(gòu)的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)果和分析。2、在面向空間通信低功耗應(yīng)用場(chǎng)景中,本文在低并行度編碼方法基礎(chǔ)上提出了一種可配置循環(huán)矩陣高效率低并行度LDPC編碼方法和編碼器實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。通過(guò)在編碼器的循環(huán)移位器中加入合適的循環(huán)移位器控制器,使得循環(huán)移位器可以根據(jù)輸入的待編碼信息位的特點(diǎn)選擇移位次數(shù),從而降低編碼過(guò)程中循環(huán)移位器的平均移位次數(shù),達(dá)到降低編碼功耗的目的。文中針對(duì)CCSDS標(biāo)準(zhǔn)推薦7/8碼率LDPC碼給出了移位控制算法和編碼架構(gòu)。3、在面向空間通信中的可變編碼調(diào)制應(yīng)用場(chǎng)景中,歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ETSI)提出了第二代數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)(DVB-S2)。該標(biāo)準(zhǔn)推薦使用了BCH碼和LDPC碼的級(jí)聯(lián)碼作為信道編碼方案。本文在DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)推薦的多碼率兼容的編碼算法基礎(chǔ)上,提出一種新的多碼率兼容的LDPC編碼電路架構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中所有11種碼率的兼容編碼,并給出了這種編碼架構(gòu)的硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)果和分析。4、CCSDS在2016年春天發(fā)布的藍(lán)皮書(shū)中推薦三種超短碼長(zhǎng)LDPC碼作為下一代上行鏈路的信道編碼方案。論文研究這種超短碼的結(jié)構(gòu)特性,給出合適的編譯碼算法和架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在編碼方面,采用優(yōu)化的并行編碼的方案,給出了高效的編碼架構(gòu)設(shè)計(jì);在譯碼方面,根據(jù)超短碼的校驗(yàn)矩陣特點(diǎn),推薦一種高效低耦合譯碼算法,能夠加快迭代收斂速度,且根據(jù)譯碼算法提出了(256,128)LDPC碼的譯碼器架構(gòu)設(shè)計(jì)。這種超短LDPC碼具有編譯碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用邏輯資源少的特點(diǎn),在未來(lái)空間通信上行鏈路中具有很大的應(yīng)用前景。
[Abstract]:Low density parity check (LDPC) code is the most close to the Shannon limit error correcting codes, with excellent performance, attracted much attention in the industrial sector. In the field of mobile communication, 3GPP and IEEE and other standardization organizations have recommended their own LDPC code scheme as a mobile communication channel encoding standard. In the field of space communications, standard organization of ETSI and CCSDS also choose appropriate space communication LDPC codes as channel encoding standard space communication. According to the characteristics of space communication, LDPC codes as the key technology of channel encoding scheme mainly includes the requirement of high speed near space communication and deep space communication encoding, multi rate compatible encoding, low-power codec etc. This paper analyzes and studies the application scenes of the several key technologies, the main research work is as follows: 1, in the space for ultra high speed communication scenarios, based on the CCSDS standard recommended Based 7/8 rate LDPC serial encoding architecture is proposed and implemented on a low degree of parallel encoding method, and then through the optimization of the encoding method of parallel low proposes an encoding throughput rate of 2.5Gbps ultra high speed LDPC encoding architecture, and gives the ultra high speed encoding architecture hardware implementation results and analysis in.2. For low power application scenarios in space communication, the parallel degree based encoding method at low forward a configurable cyclic matrix with high efficiency and low degree of parallel LDPC encoding method and encoder architecture. Through the encoder cycle shift into a suitable cycle in shift controller, the cycling shifter can shift the number according to the selected the characteristics of encoding bits of information input, thereby reducing the encoding process for the cyclic shift of the mean shift times, to reduce the power consumption of the encoding according to the CCSDS standard. Quasi 7/8 recommended LDPC code gives the shift control algorithm and.3 encoding architecture, for variable encoding modulation scenarios in space communication in the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) put forward the second generation digital video broadcasting standard (DVB-S2). The standard recommended the use of the concatenated code BCH code and LDPC code as channel encoding based on the DVB-S2 standard recommended scheme. Multi rate compatible encoding algorithm based on LDPC encoding circuit architecture proposed a new multi rate compatible, can realize the compatible encoding standard DVB-S2 all 11 rate, and gives the results of implementation and analysis of.4 encoding the architecture of the hardware, CCSDS released in the spring of 2016 Blue Book recommend three kinds of short code length LDPC codes as channel encoding scheme for next generation uplink. This thesis structure characteristics of ultrashort code, given appropriate decoding algorithm and architecture design Plan. In the aspect of encoding, using parallel encoding optimization scheme, gives the efficient encoding architecture; in decoding, according to the characteristics of short code parity check matrix, recommended a low coupling decoding algorithm can accelerate the convergence speed, and according to the decoding algorithm (256128) decoder architecture design LDPC code this code is LDPC. The ultrashort codec has the advantages of simple structure, the advantages of less logic resources, has great application prospect in the future space communication in the uplink.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN927

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