基于流水线的极化码置信度传播译码器研究

摘要

由于极化码具有信道容量可达的特性，近年来在编码界和工业界备受瞩目。连续消除(Successive Cancellation,SC)算法和置信度传播(Belief Propagation,BP)算法是极化码译码方案的两个典型代表。SC译码通过递归的方式实现，其译码结构简单且复杂度较低。与SC译码相比，BP译码可高度并行处理，且具有更高的吞吐量和较低的译码延迟。但现有的BP译码器普遍存在功能单元利用率较低和存储资源较高的问题，致使译码器的硬件性能仍不理想，还需进一步的改进和优化以提高译码器在实际应用中的竞争力。本文的工作主要集中在极化码BP译码器的优化及其硬件实现上，具体工作如下：　　第一，通过研究BP译码器在迭代过程中信息传播方式和更新调度策略，从基本计算模块(Basic ComputationalBlock,BCB)使用数量、BCB利用率和译码延迟三个方面来分析和比较现有的BP译码器设计方案。基于折叠技术和流水线架构，在译码迭代中通过使用新值(NewValue,NV)和旧值(Old Value,OV)策略进行更新计算，本文提出一种新型更新调度方式，称为新旧值(Newand Old Value,NOV)更新调度方案。理论计算表明，与现有的流水线非全并行BP译码器相比，在不同码长且不硬判决的情况下，该方案一次迭代的译码延迟可降低50.7%，BCB利用率可提高50.6%。　　第二，根据NOV更新调度方案，本文给出一个基于NOV调度的极化码BP译码器架构，该架构主要由BCB、存储模块、硬判决模块和换向模块组成。通过制定具体的量化方案和存储方案，以进一步降低译码器的硬件资源消耗，并完成BCB和存储等核心模块的功能设计，最后实施于FPGA上。仿真和综合显示，当极化码参数为(1024, 512)，选取的量化方案为(1, 8, 3)，缩放因子为0.9375时，与现有的流水线非全并行BP译码器相比，在使用相同的BCB数量下，提出的NOV极化码BP译码器在BER=10-3时会有0.1dB的译码性能损失，但存储资源(Registers & Block Memory)消耗可减少25.8%～38.9%，频率可提高1.9～2.1倍。

目录

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变量注释表

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2研究现状

1.3研究目的与意义

1.4工作内容及组织结构

2 极化码的理论基础

2.1.1 信道基本参数

2.1.2 信道合并与信道分割

2.1.3 信道极化现象

2.2极化码编码

2.3极化码BP译码算法

2.4 本章小结

3 基于流水线的极化码BP译码器架构

3.1原始的极化码BP译码器

3.2流水线BP译码器

3.2.1 FFT与BP译码器之间的相似性

3.2.2 流水线全并行BP译码器

3.2.3 流水线非全并行BP译码器

3.3 NOV更新调度方案

3.4性能分析

3.5 本章小结

4 NOV极化码BP译码器硬件设计

4.1 量化方案

4.2 顶层架构

4.3基本计算模块

4.3.1 T2C模块和C2T模块

4.3.2 SU模块

4.3.3 OUT1模块

4.3.4 OUT2模块

4.4 存储方案

4.5 本章小结

5 性能仿真与分析

5.1 仿真测试

5.2结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

作者简历

致谢

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