[發(fā)明專利]一種基于隨機(jī)計(jì)算的LDPC譯碼器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410451143.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN104283571A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳赟;張啟晨;吳迪;曾曉洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M13/11
• 分類號(hào): H03M13/11
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線數(shù)字通信和廣播技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于隨機(jī)計(jì)算的LDPC譯碼器。

背景技術(shù)

現(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè)高度信息化的社會(huì)，各種信息通過不同的信道往復(fù)傳遞，信息的重要性不斷上升，這樣信息的正確性必須得到保證。而信道中通常充斥著各種噪聲，信息在信道中傳播是不可避免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。對(duì)在傳輸之前對(duì)信道中傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，傳輸完成后在進(jìn)行解碼是保證信息正確傳遞的最重要方式之一。

低密度奇偶校驗(yàn)碼（記為LDPC）譯碼器是一種性能優(yōu)良的糾錯(cuò)編碼，其性能可以逼近香農(nóng)極限。LDPC碼首先由Gallager博士于1962年提出。但是囿于當(dāng)時(shí)落后的集成電路技術(shù)，無法實(shí)現(xiàn)LDPC解碼器的硬件。直到1997年，Mackay和Neal才重新挖掘出LDPC碼，之后，LDPC碼漸漸成為主流的糾錯(cuò)編碼之一。LDPC碼的譯碼器電路具有譯碼電路簡單，并行度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于高吞吐率，尤其是100Gbps等光通信系統(tǒng)中。

相對(duì)于其他糾錯(cuò)碼，LDPC碼具有編碼增益高，性能好，譯碼吞吐率高等優(yōu)點(diǎn)，許多通信標(biāo)準(zhǔn)都采用LDPC碼進(jìn)行信道糾錯(cuò)，如無線接入的WiMAX、WLAN以及數(shù)字電視DVB-S2，DTMB等通信標(biāo)準(zhǔn)都采用的是LDPC編解碼。

一般而言，碼長越大，LDPC碼校驗(yàn)矩陣的規(guī)模越大，LDPC碼的譯碼性能就會(huì)越好。而相應(yīng)的，LDPC譯碼器的電路規(guī)模也是越來越大。以IEEE?802.3an（10GBASE-T）為例，其校驗(yàn)矩陣規(guī)模為（384,2048），也就是說，代表列數(shù)的VN節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)為2048個(gè)，而每個(gè)VN的維數(shù)為6，假設(shè)輸入信道信息的量化為6bit，這樣VN和CN之間的連線總共???????????????????????????????????????????????條。這樣的話，譯碼器中的連線復(fù)雜度非常高，占用大量的芯片面積同時(shí)芯片的邏輯部分占比很低，帶來額外的功耗和降低了芯片的工作頻率。在智能手機(jī)、平板電腦流行的今天，過大的芯片面積和過高的功耗顯然是無法忍受的。

隨機(jī)計(jì)算是一種LDPC譯碼器的新的實(shí)現(xiàn)方法。和傳統(tǒng)的最小和（Min-Sum）算法等工作于對(duì)數(shù)域的LDPC譯碼器不同的是，隨機(jī)計(jì)算在概率域?qū)DPC碼進(jìn)行解碼，通過一系列隨機(jī)的伯努利序列，將信道信息的概率值轉(zhuǎn)化為一串“01”序列，該序列中“1”個(gè)數(shù)在整個(gè)序列中的占比就代表著信道信息的概率。這樣，與傳統(tǒng)的在對(duì)數(shù)域進(jìn)行解碼的Min-Sum等算法對(duì)比，隨機(jī)計(jì)算可以將加法，比較等復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為與、或、異或等簡單的邏輯運(yùn)算，VN與CN的復(fù)雜度大幅下降。并且，由于每次只需要處理一個(gè)bit，所以連線數(shù)量就會(huì)下降對(duì)應(yīng)的量化倍數(shù)，比如上述的10GBASE-T譯碼器的連線復(fù)雜度就可以下降到條，減少了6倍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種譯碼收斂速度快、吞吐率高的基于隨機(jī)計(jì)算的LDPC譯碼器。

本發(fā)明提供的基于隨機(jī)計(jì)算的LDPC譯碼器，基于IEEE?802.3an(10GBase-T)標(biāo)準(zhǔn)，采用隨機(jī)計(jì)算方式，其結(jié)構(gòu)可以加入多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，在提高時(shí)鐘周期的同時(shí)，進(jìn)一步提高吞吐率。該譯碼器結(jié)構(gòu)就隨機(jī)計(jì)算LDPC中可能存在的譯碼器延時(shí)較長問題，提出三種技術(shù)用以提高譯碼的收斂速度，提高譯碼器吞吐率。本發(fā)明中所使用的三種技術(shù)可以應(yīng)用在不同的隨機(jī)計(jì)算結(jié)構(gòu)中，為未來吞吐率要求高達(dá)100Gbps的光通信提供一種技術(shù)方案支持。

本發(fā)明提供的LDPC譯碼器，基于概率域中置信傳播算法的隨機(jī)計(jì)算算法進(jìn)行譯碼。其結(jié)構(gòu)包括：適合IEEE?802.3an（10GBASE-T）?標(biāo)準(zhǔn)中的（2048,1723）校驗(yàn)矩陣的依賴于噪聲的縮減（noise?dependent?scaling,記為NDS）系數(shù)的查找表（LUT）陣列，采用計(jì)數(shù)器做概率跟蹤的新結(jié)構(gòu)變量節(jié)點(diǎn)（Variable?Node,?記為VN），以及針對(duì)隨機(jī)計(jì)算收斂時(shí)間長的特點(diǎn)而提出的三種可以加速收斂的硬件結(jié)構(gòu)，分別為：?基于LUT陣列的初始化陣列變量節(jié)點(diǎn)（Variable?Node,?記為VN）中的組成部分硬判別計(jì)數(shù)器的初始化模塊；在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)（Check?Node,記為CN）模塊校驗(yàn)結(jié)果達(dá)到一定階段后進(jìn)行算法切換的判別模塊，簡稱切換判別模塊；在校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)（Check?Node，記為CN）模塊校驗(yàn)結(jié)果達(dá)到一定階段后翻轉(zhuǎn)初始化陣列VN輸出的判別模塊，簡稱翻轉(zhuǎn)判別模塊；??

具體來說，本發(fā)明提供的LDPC譯碼器，包括：

隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生（Random?Number?Generator）模塊，用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，對(duì)概率值進(jìn)行隨機(jī)化；