【摘要】：自從香農提出香農定理之后,構造能夠達到香農極限的信道編碼方式一直是通信領域經(jīng)久不衰的研究方向。LT碼由Michael Luby于2002年提出,是第一類可實現(xiàn)的數(shù)字噴泉碼。數(shù)字噴泉碼是無碼率的。LT碼是基于不規(guī)則稀疏二分圖構造出來的一種非系統(tǒng)碼,其編碼符號甚至可以僅在需要時動態(tài)產(chǎn)生。極化碼于2009被Erdal Arikan提出,其擁有者線性時間內的編譯碼復雜度以及能在二進制擦除信道中達到香農極限的優(yōu)越性能等優(yōu)點,成為通信領域內信道編譯碼方向的又一熱點研究方向。在無線通信、深空通信、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等領域,數(shù)據(jù)的多播、組播以及分發(fā)等場景對無碼率碼的性能有著較高的要求,極化碼作為一種優(yōu)秀的前向糾錯碼,研究其在多播、組播以及分發(fā)等場景下的應用有著十分重要的意義。本文針對極化碼在多播、組播以及分發(fā)等場景下的應用設計了一種基于LT碼的無碼率極化碼并主要研究了其譯碼單元的數(shù)字邏輯實現(xiàn)。首先,本文介紹了LT碼和極化碼的基本原理和編譯碼算法。在LT碼的譯碼算法介紹中,本文主要介紹了置信傳播譯碼算法和高斯消去譯碼算法,并對二者在不同接受編碼分組數(shù)量下的譯碼成功率進行了對比。在極化譯碼算法的介紹中,本文主要介紹了復雜度較低的串行抵消(Successive Cancellation,SC)譯碼算法,并介紹串行抵消譯碼算法中的對數(shù)似然比在邏輯實現(xiàn)上的簡化計算方法,即最小和算法。然后,本文研究了極化碼在組播、廣播場景下的應用,使用極化碼作為內碼,LT碼作為外碼,將極化碼和LT碼級聯(lián)成無碼率極化碼,并設計了基于LT碼的無碼率極化碼的譯碼單元硬件邏輯實現(xiàn)。譯碼單元的極化碼譯碼部分的邏輯實現(xiàn)部分算法選用串行抵消譯碼算法并用最小和算法簡化對數(shù)似然比運算。譯碼單元的LT碼單元使用置信傳播譯碼算法,并針對LT碼編碼分組和信息分組的相關新信息的稀疏性,采用數(shù)字邏輯實現(xiàn)鏈表數(shù)據(jù)結構以達到性能和資源之間的平衡。最后,經(jīng)過資源和性能的評估,本文所設計的譯碼單元在系統(tǒng)時鐘為300M Hz的情況下,單個譯碼單元的吞吐率能夠達到7.31 Mbps,能夠以較低的復雜度達到較好的性能。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.22
【圖文】：

圖 3.5 異或計算單元功能仿真時序圖3.2.3 存儲單元LT 碼譯碼單元的儲存單元由度存儲 RAM、輸入數(shù)據(jù)存儲 RAM、相關信息存儲RAM 以及解碼輸出數(shù)據(jù) RAM 組成。輸入數(shù)據(jù)存儲 RAM 用于緩存輸入的編碼分組，度存儲 RAM 用于儲存對應編碼分組的度值。輸入數(shù)據(jù)存儲 RAM 和度存儲 RAM 的大小為 LT 碼譯碼設定的最大編碼分組數(shù)目。在 AXI4-Stream 接口輸入有效時，對這兩個 RAM 進行寫入操作，這兩個 RAM 的尋址規(guī)律為順序尋址，每次地址加 1。在度為 1 讀取狀態(tài)和異或計算過程數(shù)據(jù)讀取狀態(tài)下，對這兩個 RAM 進行讀取操作，在度為 1 讀取狀態(tài)，地址順序尋址，每次地址加 1，在異或計算過程數(shù)據(jù)讀取狀態(tài)下，讀取地址需要根據(jù)控制邏輯產(chǎn)生。除此之外在度為 1 數(shù)據(jù)計算和存儲狀態(tài)和異或計算過程數(shù)據(jù)計算和存儲狀態(tài)下也需要對這兩個 RAM 進行寫入操作，寫入操作的地址和上一狀態(tài)讀取的地址相同。由于

圖 3.10 輸入控制單元功能仿真時序圖3.3.3 比特狀態(tài)計數(shù)器比特狀態(tài)計數(shù)器用于指示當前譯碼比特的序號，每當完成一個比特的對數(shù)似然比和部分和計算后，比特狀態(tài)計數(shù)器的值就會加 1，極化碼譯碼單元的其他單元均根據(jù)當前比特的指示進行工作。1b10bLoadCounter Value10bResetLoad ValueCNTREGLOADVALUEREGMUX1b

圖 3.13 對數(shù)似然比功能仿真時序圖1.當前層計算單元對于單個比特，SC 譯碼算法可視為如圖 3.14 所示的一顆計算樹[39,40]，對于單個對數(shù)似然比計算核心的譯碼單元設計需要根據(jù)內部計數(shù)器的計數(shù)器值確定當前計算的對數(shù)似然比在樹中的層序號，定義頂層序號為第 0 層。當前層的計算輸入為內部計數(shù)器的計數(shù)器值。

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本文編號：2770576