DVB-S2中LDPC编译码算法研究与编码器实现

摘要

DVB-S2标准是第二代数字视频广播标准，用来替代曾经广泛使用的DVB-S标准。它由欧洲数字视频项目组在2003年开发出来的，欧洲数字视频项目组是一个国际性的产业联盟机构，DVB-S2标准在2005年3月由欧洲电信标准协会(ETSI)批准通过。该标准基于DVB-S并在功能上有所提升，其主要是为了广播业务和交互式业务而设计的，两种业务分别包括HDTV和英特网接入。它的发展同HDTV和H.264视频编解码器所采用的新技术保持一致。
　　 DVB-S2最引人注目的革新在于信道编码方式，包括纠错编码和调制。DVB-S2纠错编码使用LDPC(低密度奇偶校验码)与BCH码级联，调制则以多种高阶调制方式取代QPSK。
　　 本论文所做的第一个主要工作点是以DVB-S2中信道编码中的内码LDPC为研究对象，研究了标准中LDPC码的编码算法，得出了其码字中变量节点和校验节点的度分布。根据标准中给出的校验矩阵H的子矩阵H1基于列的表示方式，求出了校验矩阵H。同时对校验矩阵进行了四环检测，检测表明校验矩阵中存在四环，但其数量是非常少的。本论文还研究了LDPC的三种概率软判决译码算法，分别为BP译码算法，最小和译码算法(MSA)，归一化最小和译码算法(NormalizedMSA)，重点是通过蒙特卡罗法，求出了归一化最小和译码算法中的修正因子α。最后，仿真结果表明标准中使用的LDPC具有优异的纠错性能。
　　 本论文所做的第二个主要工作点是根据DVB-S2标准中给出的编码算法，提出了一种LDPC编码器设计结构，给出了编码器各个模块的具体设计方案。最后通过综合分析可知，该编码器功能正确，占用硬件资源少，最高时钟频率可达134MHZ，系统吞吐率为73.3Mbit/s。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 信道编码理论的发展

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文的主要工作和内容安排

第二章 信道编码基础

2．1 差错控制系统

2．2 线性分组码的基本原理

2．2．1 线性分组码的基本概念

2．2．2 生成矩阵和校验矩阵

2．3 不同条件下的信道容量

2．3．1 连续AWGN信道

2．3．2 输入离散、输出痒续AWGN信道的容量

2．4 本章小节

第三章 LDPC编码原理

3．1 LDPC的编码方法

3．1．1 LDPC码的定义及表示方法

3．1．2 LDPC码的通用编码方法

3．2 LDPC码的线性编码算法研究

3．2．1 接近线性编码复杂度的编码算法

3．3 本章小节

第四章 DVB-S2中LDPC码的编码算法和结构分析

4．1 DVB-S2中LDPC码的编码算法

4．2 DVB-S2中LDPC码的码字结构

4．3 DVB-S2标准中校验矩阵H的存储算法和四环的检测

4．3．1 LDPC校验矩阵H的存储算法

4．3．2 四环的检测方法

4．4 LDPC的译码算法

4．4．1 BP译码算法

4．4．2 对数域的BP译码算法

4．4．3 改进的最小和译码算法

4．4．4 仿真结果分析

4．5 本章小节

第五章 LDPC码的编码器设计及FPGA实现

5．1 LDPC编码器模块整体结构设计

5．2 各个子模块的设计

5．2．1 数据输入子模块

5．2．2 校验位地址产生子模块

5．2．3 校验位生成子模块

5．2．4 累加器子模块

5．2．4 输出子模块

5．3 LDPC编码器的FPGA实现

5．3．1 FPGA的核心设计流程

5．3．2 FPGA实现及其性能分析

5．4 本章小节

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与项目及研究成果