【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對無線局域網(wǎng)技術(shù)的需求越來越高,無線通信的吞吐量的提高和延時(shí)的減少依然是無線通信領(lǐng)域重點(diǎn)研究的方向。信道編碼可以有效的提高數(shù)據(jù)通信的可靠性和穩(wěn)定性,而在信道編碼方式中如何提高信道吞吐量和減小延時(shí)正是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)編碼方式是最接近香農(nóng)信道容量的編碼方式之一,作為一類性能可逼近信道容量的信道編碼方案,低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼具有低復(fù)雜性編碼、自交織性和低錯(cuò)誤平層等諸多優(yōu)點(diǎn),因此成為最近無線局域網(wǎng)標(biāo)(IEEE802.11ac)的可選信道編碼方案。如何提高LDPC編碼的吞吐量,減少編解碼模塊占用的硬件資源,一直是LDPC編解碼的重要課題。本文基于802.11ac無線協(xié)議設(shè)計(jì)了適用于新一代WiFi無線通信芯片的LDPC編譯碼器,主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.設(shè)計(jì)了一種新的擾碼器的硬件架構(gòu),將原串行擾碼算法轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠植⑿袛_碼算法實(shí)現(xiàn),解決了系統(tǒng)最高時(shí)鐘頻率和硬件面積消耗的矛盾。文中根據(jù)擾碼序列的周期循環(huán)特點(diǎn),將擾碼序列按照輸入數(shù)據(jù)位寬中最小位寬長度26bit存儲(chǔ)在ROM中,在擾碼器的每個(gè)輸入250kHz時(shí)鐘有效沿到來時(shí),從ROM中讀取整數(shù)倍個(gè)最小有效位寬的擾碼序列并進(jìn)行擾碼異或運(yùn)算。這樣部分并行的擾碼實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不僅提高擾碼器的吞吐量,而且在時(shí)鐘頻率和硬件面積之間尋求了一個(gè)平衡折衷的方案。2.提出了一種基于三要素法改進(jìn)的H矩陣存儲(chǔ)算法,顯著減少了H矩陣的存儲(chǔ)空間。本文針對802.11ac中H矩陣的特點(diǎn),將三要素法存儲(chǔ)稀疏矩陣的算法中存儲(chǔ)每一個(gè)非零元素的位置改進(jìn)為只存儲(chǔ)H矩陣中每一個(gè)單位子矩陣的循環(huán)移位次數(shù)和其所在H矩陣中的位置,從而有效降低了編譯碼器中的存儲(chǔ)空間消耗。3.設(shè)計(jì)了一種按子矩陣并行編碼的LDPC編碼器的硬件架構(gòu),提高了整個(gè)編碼器的吞吐量。本文采用LU編碼算法來實(shí)現(xiàn)編碼器的設(shè)計(jì),同時(shí)根據(jù)802.11ac協(xié)議中H矩陣是由準(zhǔn)循環(huán)單位子矩陣組成的特點(diǎn),將輸入位寬312bit數(shù)據(jù)變形為81bit位寬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼矩陣運(yùn)算,多端口并行讀取H矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼運(yùn)算,同時(shí)將矩陣運(yùn)算的按位異或轉(zhuǎn)換成循環(huán)移位操作,降低編碼器的計(jì)算復(fù)雜度和編碼時(shí)延。4.提出了基于歸一化修正的MS最小和積譯碼算法,使LDPC譯碼器在相同輸出誤碼率時(shí),輸入信號(hào)信噪比降低了10db。文中深入研究了基于BP譯碼算法的四種改進(jìn)譯碼算法,對802.11ac中不同的調(diào)制解調(diào)和編解碼參數(shù)下的譯碼算法進(jìn)行了仿真性能對比,并最終選用歸一化修正的MS最小和積譯碼算法來實(shí)現(xiàn)802.11ac中的LDPC譯碼器。采用歸一化修正的最小和積譯碼算法后,在輸出數(shù)據(jù)誤碼率都為10~(-3)時(shí),譯碼器輸入數(shù)據(jù)信噪比降低了約10db。5.設(shè)計(jì)了一種分層并行迭代的LDPC譯碼器硬件結(jié)構(gòu),將原H矩陣分層為12層并行進(jìn)行譯碼迭代,減少了變量節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)空間。本文采用分層并行的方式對變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相互迭代運(yùn)算。這樣的方式將變量節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間減少至原有硬件結(jié)構(gòu)的1/12,顯著降低了譯碼器中的硬件資源消耗。同時(shí)變量節(jié)點(diǎn)和校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)并行迭代的譯碼方式使譯碼器的譯碼延時(shí)也得以降低。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN911.22
【圖文】：

圖2.2 802.11ac 中碼長為 1944，碼率為 1/2 時(shí)的 H 矩陣章小結(jié)文第二章主要介紹了線性分組碼的原理，闡述了 LDPC 碼作為線性分組校驗(yàn)矩陣對輸入序列進(jìn)行編碼，并通過 Tanner 圖對校驗(yàn)矩陣和輸入序關(guān)系進(jìn)行描述，深入研究了 LDPC 的譯碼機(jī)制。同時(shí)對 802.11ac 協(xié)議的中的刪余填零等操作進(jìn)行簡單的介紹，為第三章 LDPC 編解碼算法的設(shè)了理論依據(jù)。

圖3.5 碼長為 1944，BPSK 調(diào)制下不同碼率的譯碼性能信噪比減少了 24db。從圖 3.6 中曲線可以看出碼率 2/3 與近，而碼率 1/2 與碼率 5/6 的譯碼性能則區(qū)別較大。通過明了在碼率越高的情況下，LDPC 譯碼的性能越好。

第三章 LDPC 編解碼的算法設(shè)計(jì)31圖3.6 碼率為 5/6，BPSK 調(diào)制時(shí)不同碼長的譯碼性能3.2.3 對于改進(jìn)的譯碼算法中歸一化因子選擇在譯碼算法的章節(jié)中，介紹了通過選擇合適的歸一化因子對譯碼算法的性能進(jìn)行優(yōu)化，改善由于最小和積算法中對函數(shù) (x)的近似處理而帶來的譯碼性能下降的影響。一般來說，歸一化因子 會(huì)選擇一個(gè)位于區(qū)間[0,1]中的一個(gè)小數(shù)，我們需要對不同的歸一化因子的取值進(jìn)行譯碼性能仿真，從而選擇譯碼性能最好的歸一化因子[57]。。如圖 3.7 所示，圖中曲線為信噪比固定為 5db

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本文編號(hào)：2783565