基於CMMB系統的LDPC解碼器的設計與實現

2020-12-05 電子產品世界

摘要：根據CMMB中LDPC碼校驗矩陣的結構特點，提出了一種部分並行解碼結構的實現方法，並在XILINX的VirtexIV的XC4VLX80型FPGA上實現了這種結構。該設計充分利用了LDPC校驗矩陣的規律，採用了一種適當的硬體結構和獨特的存儲器調用控制策略，故可在保證高性能和較大吞吐率的情況下，以較少的硬體資源實現兩種碼率的復用。
關鍵詞：CMMB；中國移動多媒體廣播；LDPC碼；部分並行結構；解碼器

0 引言
低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check，LDPC)碼是由Gallager博士在1962年首次提出來的，由於LDPC碼的誤碼性能能夠逼近香農限，因而在無線通信、衛星通信等領域都得到了較多應用。中國移動多媒體廣播(CMMB)中使用的就是LDPC糾錯編碼。在CMMB標準中，LDPC碼長為9216，可支持1／2和3／4兩種碼率。作者通過深入分析CMMB中LDPC碼校驗矩陣的特點，採用了一種合適的硬體實現結構，因而在保證解碼器較高性能和較快解碼速度的情況下，以較低的硬體資源實現了兩種碼率的復用。

1 CMMB標準中的LDPC解碼算法
1．1 CMMB中LDPC碼的主要特徵
CMMB採用規則的LDPC碼，兩種碼率的LDPC校驗矩陣有類似的規律。CMMB中1／2碼率的LDPC碼校驗矩陣為一個4608x9216的矩陣，進一步可劃分為256個18x9216行子矩陣。其中下一個行子矩陣是上一個行子矩陣的向右循環移36位，每一個行子矩陣的行重都為6；也可以把它劃分為256個4608x36列子矩陣，其中後一個列子矩陣是前一個列子矩陣的向下循環移18位，每一個列子矩陣的列重都為3。同理，3／4碼率的矩陣也可以進行類似的劃分，可劃分為256個9x9216的行子矩陣，每個行子矩陣的行重為12；當然，也可以分為256個2304x36，列重為3的列子矩陣。從校驗矩陣的特點可以看出，只要存儲器能存儲一個行或列子矩陣的非零元素，則利用這些非零元素，就可以恢復出整個校驗矩陣，從而進行解碼。而且更為重要的是，對於同種碼率，行子矩陣組和列子矩陣組之間在非零元素位置上有著潛在的對應關係。本文正是通過挖掘這種潛在的對應關係，設計出了一種獨特的存儲器調用控制策略，並成功實現了復用RAM的同時，滿足了兩種碼率的硬體結構。
1．2 LDPC解碼算法
常用的LDPC碼解碼算法為置信度傳遞解碼算法(BP decoding)。該算法相對比較成熟，性能非常優異。但是，BP算法中的f(x)函數包含對數運算和指數運算，這些複雜運算大大增加了BP解碼器的運算量和複雜度。Fossorier等在1999年提出了一種min-sum解碼算法，即利用一種近似的方法來處理BP算法中的f(x)函數，以將對數和指數運算化簡為乘法和比較運算，從而減少了解碼器的運算量，但該方法在性能上也有一定損失。後來，Jinghu Chen和Fossorier又提出了修正的min-sum算法。在碼長較長的情況下，修正的min-sum算法比BP算法性能只差0．03～0．05 dB，而在算法複雜度上則只需要乘以一個常量修正因子。基於以上分析，本文採用修正的min-sum算法來進行迭代更新，此更新分為校驗節點更新和變量節點更新。其迭代解碼步驟分為兩步。
第一步是初始化，即對每個m和n，
其次是迭代過程。而每次迭代又包括以下3個步驟：

從而達到預定的迭代次數。否則重新更新Qm=n並開始下一輪迭代。上面式中的k表示第k次迭代。
記集合N(m)表示與校驗節點相連的所有變量節點；集合M(n)表示與變量節點相連的所有校驗節點；N(m)＼n表示N(m)中除去變量節點n，同理，M(n)＼m表示M(n)中除去校驗節點m。α一般取值為0．6～0．9，本系統中通過C模型浮點和定點仿真，可以得到α的最佳取值約為0．8，為了便於移位實現，取值為0．7875或者0．8125均可。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/191280.htm

相關焦點

  • 多碼率QC-LDPC解碼器設計與實現
    提出了一種通用的多碼率QC-LDPC 解碼器設計方法，並在FPGA 上完成了實現和測試。測試結果表明，該多碼率解碼器在資源佔用不超過2 種碼率解碼器資源之和的前提下能夠有效支持至少3 種碼率；且工作時鐘在110 MHZ 時，固定迭代次數為16 次，該解碼器的吞吐率能保持在110 Mb/s 以上。
  • WIMAX LDPC碼解碼器的FPGA實現
    摘 要： 設計了基於TDMP-NMS算法的碼率碼長可配置LDPC碼解碼器，支持採用一種工作於增量模式的基於填充算法的桶形移位寄存器結構，實現了對該標準中576、768、1152、2304 4種碼長LDPC 碼解碼的支持。結果表明所設計的解碼器完全能滿足WIMAX標準對數據吞吐率的要求。
  • 非規則LDPC碼解碼改進算法及其DSP實現
    用定點DSP晶片實現的非規則LDPC碼解碼器的實測結果表明，該算法能以較低的實現複雜度獲得低的誤碼平臺和解碼門限。LDPC碼解碼器設計的實現成為近年來研究的熱點。LDPC碼解碼器的實現方法主要有2種：一種是基於超大規模集成電路(VLSI)的設計;另外一種是基於數位訊號處理器(digital signalprocessor，DSP)等指令串行執行系統的實現。
  • cmmb數位訊號_cmmb信號 matlab - CSDN
    部分連連續導頻上承載了系統傳輸指示信息。OFDM符號中的有效子載波數目具體取值如下：幀結構 圖6給出了STiMi系統的基於時隙的幀結構。1秒共包含40個時隙（編號0~39），每個時隙為25毫秒，由1個信標和53個OFDM符號（編號0~52）組成。
  • 基於單片機的大型LED顯示系統設計
    基於單片機的大型LED顯示系統設計 佚名 發表於 2020-03-08 13:38:00 隨著平板顯示技術的不斷更新，大型LED顯示系統利用發光二極體構成的點陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏
  • 基於計數器的數字電子鐘的設計
    摘要：本設計是一個基於計數器的數字電子鐘裝置。該裝置電路的主要組成部分是555定時器、分頻器、計數器、解碼器、顯示器、校時電路。解碼代替機械式傳動。用LED顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差。
  • 基於FPGA的LDPC編碼設計
    在通信系統中糾錯碼被用來提高信道傳輸的可靠性和功率利用率，低密度奇偶校驗碼LDPC(Low Density Parity Check code)是目前性能最好的糾錯碼，最初由GaUager提出，
  • 基於STM32的LED點陣屏的設計與實現
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/266574.htm　　1 硬體系統設計　　本系統總體框圖如圖1 所示，由鍵盤與顯示模塊、光筆模塊、LED 點陣屏模塊、STM32 控制模塊、電源模塊五部分組成。
  • 基於FPGA的OFDM系統設計與實現
    在本文的幀同步信號提取電路的建模與設計中，是以7位巴克碼識別器作為幀同步碼組的。在同步系統處於捕獲階段時，設置自動判決門限為7；在幀同步建立以後，則把判決門限降為6，這樣做的目的一方面是減少假同步的概率，另一方面是為了減少漏同步的概率。
  • 基於FPGA的極化碼的SCL解碼算法研究
    因此本文針對極化碼的SCL解碼算法進行了研究和優化，減少資源消耗同時提高解碼效率；針對FPGA上的解碼器設計進行了定點量化的改進；最後在Xilinx的VC707開發板上進行了解碼器的實現與性能分析。實驗結果表明解碼器在碼長為512時解碼效率為143.988 MHz，吞吐率達到了28.79 Mb/s，具有較強的工程使用價值。
  • 基於LabWindows/CVI的光譜分析系統的設計與實現
    採用自製的RS232串口通訊接口卡，並運用美國NI公司的虛擬儀器程式語言LabWindows/CVI開發分析軟體，實現了單色儀的自動定位、掃描、數據分析、數據處理等功能。該光譜分析系統運行良好，提高了測試效率。
  • 基於STM32的直流電機PID調速系統設計與實現
    順應調速系統智能化、簡單化的發展趨勢，本設計採用一款性價比高、功耗低的基於ARMCortex⁃M3內核的STM32單片機為控制核心，結合PID控制技術，實現了直流電機範圍大、精度高的調速性能。 1、系統的總體設計 該調速系統能夠實現對電機的啟動、制動、正反轉調速、測速和數據上傳等功能，可方便地實現直流電機的四象限運行。
  • 量子計算機,還沒有足夠成熟的接口和成熟的生態系統做支撐
    secureest(安全線)安全線可以說是量子位領域領頭羊級別的產品，即使是中國本土的量子算法，也基本上採用安全線量子位的思路進行實現。安全線量子位面向技術層，關注邊緣問題。相對來說，量子計算機，至少到目前為止還沒有足夠成熟的接口和成熟的生態系統做支撐。在ai領域，安全線量子位通過多重量子加密和量子密鑰分發手段可以將未來的新一代物聯網量子晶片部署到我們的設備中。
  • 基於MySQL資料庫應用開發實現嵌入式數控系統的設計
    基於MySQL資料庫應用開發實現嵌入式數控系統的設計 鄔依林 , 黃瑛 發表於 2020-12-02 10:07:37 1 引言 本文所論述是數控系統大課題中人機互動的外圍部分子課題中的資料庫開發應用
  • 基於RFID的門禁系統設計
    基於RFID的門禁系統設計 秩名 發表於 2011-10-17 14:15:46 門禁系統，又稱為出入口控制系統，是對重要區域或通道的出入口進行管理與控制的系統。
  • 本科畢業設計:基於溫度控制電路的電源監測及延時控制設計(1)
    基於單片機的電壓電流檢測電路使用A/D 轉換晶片ADC0809 設計了一個多路電壓採集系統，其中A/D 轉換結果經過單片機處理後，通過LCD1602顯示相應的數值，實現了對四路電源的電壓和電流的監測。基於CPLD的延時控制電路由輸入鎖存電路，解碼電路和固態繼電器驅動電路等組成，其中輸入鎖存電路和解碼電路等是用VHDL語言編寫的。
  • 基於STM32F107的嵌入式POS系統設計
    針對目前嵌入式收款機系統在功能和性價比方面存在不足的問題，介紹了一種基於Cortex M3晶片的嵌入式收款機系統。該系統功能全面、性能良好、界面完善、具有故障分析和機器自檢功能。運行結果表明，該系統實現了預期目標。
  • 基於MAX6675多路溫度採集系統設計與實現
    摘要 應用溫度採集晶片MAX6675，將其與K型熱電偶結合，利用CPLD對其進行控制，實現一個多路溫度採集系統。文中介紹了系統的硬體電路結構，並根據晶片的內部時序介紹了CPLD內部邏輯電路的設計。通過兩種溫度環境下的系統測試，給出了溫度數據的統計圖，證明了MAX6675及設計的多路溫度採集系統的良好性能。
  • 基於DSP和FPGA的機器人聲控系統設計與實現
    一個體積小、低功耗、高速度能完成特定範圍語音識別和動作指令的機器人系統的研製具有很大的實際意義。 2 系統硬體總體設計 系統的硬體功能是實現語音指令的採集和步進電機的驅動控制，為系統軟體提供開發和調試平臺。如圖1所示。
  • 基於單片機及傳感器的機器人設計與實現
    摘要: 本設計基於單片機及多種傳感器，完成了一個自主式移動機器人的製作。單片機作為系統檢測和控制的核心，實現對機器人小車的智能控制。本文針對具有引導線環境下的路徑跟蹤這一熱點問題，基於單片機控制及傳感器原理，通過硬體電路製作和軟體編程，製作了一個機器人，實現了機器人的路徑跟蹤和自動糾偏的功能，並能探測金屬，實時顯示距離。