【摘要】：自從香農(nóng)提出香農(nóng)定理之后,構(gòu)造能夠達(dá)到香農(nóng)極限的信道編碼方式一直是通信領(lǐng)域經(jīng)久不衰的研究方向。LT碼由Michael Luby于2002年提出,是第一類可實(shí)現(xiàn)的數(shù)字噴泉碼。數(shù)字噴泉碼是無碼率的。LT碼是基于不規(guī)則稀疏二分圖構(gòu)造出來的一種非系統(tǒng)碼,其編碼符號(hào)甚至可以僅在需要時(shí)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生。極化碼于2009被Erdal Arikan提出,其擁有者線性時(shí)間內(nèi)的編譯碼復(fù)雜度以及能在二進(jìn)制擦除信道中達(dá)到香農(nóng)極限的優(yōu)越性能等優(yōu)點(diǎn),成為通信領(lǐng)域內(nèi)信道編譯碼方向的又一熱點(diǎn)研究方向。在無線通信、深空通信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等領(lǐng)域,數(shù)據(jù)的多播、組播以及分發(fā)等場景對(duì)無碼率碼的性能有著較高的要求,極化碼作為一種優(yōu)秀的前向糾錯(cuò)碼,研究其在多播、組播以及分發(fā)等場景下的應(yīng)用有著十分重要的意義。本文針對(duì)極化碼在多播、組播以及分發(fā)等場景下的應(yīng)用設(shè)計(jì)了一種基于LT碼的無碼率極化碼并主要研究了其譯碼單元的數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)。首先,本文介紹了LT碼和極化碼的基本原理和編譯碼算法。在LT碼的譯碼算法介紹中,本文主要介紹了置信傳播譯碼算法和高斯消去譯碼算法,并對(duì)二者在不同接受編碼分組數(shù)量下的譯碼成功率進(jìn)行了對(duì)比。在極化譯碼算法的介紹中,本文主要介紹了復(fù)雜度較低的串行抵消(Successive Cancellation,SC)譯碼算法,并介紹串行抵消譯碼算法中的對(duì)數(shù)似然比在邏輯實(shí)現(xiàn)上的簡化計(jì)算方法,即最小和算法。然后,本文研究了極化碼在組播、廣播場景下的應(yīng)用,使用極化碼作為內(nèi)碼,LT碼作為外碼,將極化碼和LT碼級(jí)聯(lián)成無碼率極化碼,并設(shè)計(jì)了基于LT碼的無碼率極化碼的譯碼單元硬件邏輯實(shí)現(xiàn)。譯碼單元的極化碼譯碼部分的邏輯實(shí)現(xiàn)部分算法選用串行抵消譯碼算法并用最小和算法簡化對(duì)數(shù)似然比運(yùn)算。譯碼單元的LT碼單元使用置信傳播譯碼算法,并針對(duì)LT碼編碼分組和信息分組的相關(guān)新信息的稀疏性,采用數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以達(dá)到性能和資源之間的平衡。最后,經(jīng)過資源和性能的評(píng)估,本文所設(shè)計(jì)的譯碼單元在系統(tǒng)時(shí)鐘為300M Hz的情況下,單個(gè)譯碼單元的吞吐率能夠達(dá)到7.31 Mbps,能夠以較低的復(fù)雜度達(dá)到較好的性能。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN911.22
【圖文】：

圖 3.5 異或計(jì)算單元功能仿真時(shí)序圖3.2.3 存儲(chǔ)單元LT 碼譯碼單元的儲(chǔ)存單元由度存儲(chǔ) RAM、輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM、相關(guān)信息存儲(chǔ)RAM 以及解碼輸出數(shù)據(jù) RAM 組成。輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM 用于緩存輸入的編碼分組，度存儲(chǔ) RAM 用于儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)編碼分組的度值。輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ) RAM 和度存儲(chǔ) RAM 的大小為 LT 碼譯碼設(shè)定的最大編碼分組數(shù)目。在 AXI4-Stream 接口輸入有效時(shí)，對(duì)這兩個(gè) RAM 進(jìn)行寫入操作，這兩個(gè) RAM 的尋址規(guī)律為順序?qū)ぶ�，每次地址�?1。在度為 1 讀取狀態(tài)和異或計(jì)算過程數(shù)據(jù)讀取狀態(tài)下，對(duì)這兩個(gè) RAM 進(jìn)行讀取操作，在度為 1 讀取狀態(tài)，地址順序?qū)ぶ�，每次地址�?1，在異或計(jì)算過程數(shù)據(jù)讀取狀態(tài)下，讀取地址需要根據(jù)控制邏輯產(chǎn)生。除此之外在度為 1 數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)狀態(tài)和異或計(jì)算過程數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)狀態(tài)下也需要對(duì)這兩個(gè) RAM 進(jìn)行寫入操作，寫入操作的地址和上一狀態(tài)讀取的地址相同。由于

圖 3.10 輸入控制單元功能仿真時(shí)序圖3.3.3 比特狀態(tài)計(jì)數(shù)器比特狀態(tài)計(jì)數(shù)器用于指示當(dāng)前譯碼比特的序號(hào)，每當(dāng)完成一個(gè)比特的對(duì)數(shù)似然比和部分和計(jì)算后，比特狀態(tài)計(jì)數(shù)器的值就會(huì)加 1，極化碼譯碼單元的其他單元均根據(jù)當(dāng)前比特的指示進(jìn)行工作。1b10bLoadCounter Value10bResetLoad ValueCNTREGLOADVALUEREGMUX1b

圖 3.13 對(duì)數(shù)似然比功能仿真時(shí)序圖1.當(dāng)前層計(jì)算單元對(duì)于單個(gè)比特，SC 譯碼算法可視為如圖 3.14 所示的一顆計(jì)算樹[39,40]，對(duì)于單個(gè)對(duì)數(shù)似然比計(jì)算核心的譯碼單元設(shè)計(jì)需要根據(jù)內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器值確定當(dāng)前計(jì)算的對(duì)數(shù)似然比在樹中的層序號(hào)，定義頂層序號(hào)為第 0 層。當(dāng)前層的計(jì)算輸入為內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器值。

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本文編號(hào)：2770576