LDPC码是一类逼近香农极限(信道容量)的编码,具有很强的纠错能力,被广泛应用在现代通信系统中。由于其优异的译码性能及其编、译码器可以实现高吞吐量,现已成为5G通信中的编码标准。本文结合理论分析和硬件仿真测试,对国际空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)建议的QC-LDPC码的编、译码进行研究,并建立了包含编码、调制、加噪、解调、量化和译码等功能模块在内的一套完整的仿真系统。为了兼顾硬件复杂度和吞吐量,采用了分层最小和译码算法(Layered Min-Sum Decoding Algorithm,LMSDA)作为本设计译码器的实现方案。针对传统部分并行结构的资源消耗量大和利用率低等问题,优化设计了一种低复杂度分层全并行(Layered Full-Parallel,LFP)结构的译码器,极大地减少了存储单元的使用。分层全并行结构译码器主要由输入输出缓冲、消息处理单元(MPU)、信息存储和顶层控制等模块组成。在硬件资源上,后验概率信息和信道初始化信息共用一个存储模块,降低了一半存储空间的占用;同时垂直方向上的消息传递由MPU来完成,省去了变量节点模块(VNU)的硬件开销。在性能上,关键模块MPU采用流水线结构化设计,缩短了关键路径的延迟,从而实现了更高的系统工作频率;MPU以及输入/输出缓存模块采用内置状态机,简化了顶层控制模块的设计,译码器整体的延迟得到了降低;各个分层之间采用相对偏移的方式,实现了分层的全并行更新,从而提高了译码吞吐量;同时,LMSDA算法加速了译码迭代的收敛,进一步提高了吞吐量。仿真及硬件测试结果证明,本设计分层全并行LDPC码译码器在工作频率为302.7MHz,10次迭代的情况下,吞吐量可达473.2Mbps,而资源消耗不足传统部分并行结构的1/4。
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