WIMAX LDPC碼譯碼器的FPGA實(shí)現

摘 要： 設計了基于TDMP-NMS算法的碼率碼長(cháng)可配置LDPC碼譯碼器，支持WIMAX標準LDPC碼的譯碼。 通過(guò)插入最短的額外時(shí)鐘周期，使得更新后的節點(diǎn)信息得到了及時(shí)利用。采用一種工作于增量模式的基于填充算法的桶形移位寄存器結構，實(shí)現了對該標準中576、768、1152、2304 4種碼長(cháng)LDPC 碼譯碼的支持。結果表明所設計的譯碼器完全能滿(mǎn)足WIMAX標準對數據吞吐率的要求。

關(guān)鍵詞： WIMAX；低密度奇偶校驗碼譯碼器；FPGA；TDMP；歸一化最小和算法

全球微波互聯(lián)接入WIMAX是一種基于IEEE802.16e標準的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)WMAN技術(shù)。該技術(shù)采用LDPC碼作為其信道編碼方案。WIMAX標準的LDPC碼由于其優(yōu)異的性能而引起了人們的廣泛關(guān)注。Torben Brack等人根據該標準中各個(gè)碼率LDPC碼校驗矩陣的不同特點(diǎn)，對碼率為1/2和2/3B的LDPC碼采用TDMP譯碼算法，對其他4種碼率的LDPC碼采用BP算法。設計實(shí)現了一個(gè)可支持WIMAX標準中所有碼率和碼長(cháng)的LDPC碼譯碼器[1]。SHIH Xin Yu等人對LDPC碼的校驗基矩陣進(jìn)行行列置換，使得變量節點(diǎn)和校驗節點(diǎn)的處理在時(shí)間上可以部分重疊，基于BP算法實(shí)現了支持該標準中碼率為1/2 的19種碼長(cháng)的LDPC碼的譯碼器[2]。

重組網(wǎng)絡(luò )是部分并行LDPC碼譯碼器中的一個(gè)重要組成單元。對數移位寄存器結構和雙向網(wǎng)絡(luò )僅適用于單個(gè)碼長(cháng)。為了實(shí)現對多種碼長(cháng)的支持[3]，采用了Benes網(wǎng)絡(luò )，基于該網(wǎng)絡(luò )的部分并行譯碼器可支持擴展因子小于該網(wǎng)絡(luò )輸入輸出端口數的各種碼長(cháng)LDPC碼的譯碼。由于該網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號的產(chǎn)生是基于一種遞推的算法，因此其復雜度較高。

本文將TDMP算法運用于WIMAX標準中所有6種碼率的LDPC碼的譯碼，通過(guò)分析得出了各個(gè)碼率LDPC碼的變量節點(diǎn)后驗LLR在前后兩次更新之間的最小時(shí)間間隔，采用插入額外時(shí)鐘周期的方法使得更新后的節點(diǎn)信息得到了及時(shí)利用。設計了一種基于填充算法的桶形移位寄存器結構的重組網(wǎng)絡(luò )單元，實(shí)現了對該標準中576、768、1152和2304 4種碼長(cháng)的支持。采用了基于增量的循環(huán)移位模式，降低了硬件實(shí)現復雜度和單次迭代處理的周期數，提高了吞吐率。

1 LDPC碼的譯碼算法
LDPC碼的標準譯碼算法為BP算法。TDMP及時(shí)利用了更新后的節點(diǎn)信息，加快了譯碼收斂速率。中高信噪比條件下，該算法成功譯碼所需的平均迭代次數僅是BP算法的一半。TDMP-NMS算法采用歸一化最小和算法更新TDMP算法中的校驗節點(diǎn)信息，簡(jiǎn)化了運算復雜度。該算法的譯碼處理步驟如下[3]：

(2)開(kāi)始繼續下一次迭代處理。