符合dtmb标准的非规则码ldpc解码器vlsi设计

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1、第8期陈赟等：符合DTMB标准的非规则码LDPC解码器VLSI设计·65·符合DTMB标准的非规则码LDPC解码器VLSI设计陈赟，曾晓洋，林一帆，向波，邓运松（复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海201203）摘要：在完全符合数字电视地面传输中国国家标准（DTMB）的芯片系统中，实现了一个码长为7493bit，同时支持3种码率(0.4,0.6,0.8)的非规则LDPC码解码器。在该设计中，使用了一种新的存储器调用的控制策略，在只比单码率最多增加不到5%的存储器的情况下，实现了3种码率存储器的复用。在最大迭

2、代次数为15次的情况下，可以达到150Mbit/s的高吞吐率，而在DTMB中所需的50Mbit/s数据率要求下，迭代次数可高达45次。还给出了FPGA的综合报告和基于SMIC0.13μmCMOS工艺下的解码器版图。关键词：数字电视；VLSI；LDPC；非规则码中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1000-436X(2007)08-0061-06VLSIdesignofanirregularLDPCdecoderinDTMBCHENYun,ZENGXiao-yang,LINYi-fan,XIANGBo,DEN

3、GYun-song(StateKeyLab.ofASICandSystem,FudanUniversity,Shanghai201203,China)Abstract:AnirregularLDPCdecoderwithacodelengthof7493bitsforDTMBsystemwasimplementedbasedonSMIC0.13mmCMOSprocess.Anewmethodtocontrolmemorieswasproposed,whichcanreusememoriesforthreediffer

4、entcoderatesonlybyincreasing5%memoryusage.ThethroughputoftheLDPCdecoderisupto150Mbit/swiththemaxiterativenumberof15.Whilekeepingthethroughoutof50Mbit/s,itsmaxiterativenumbercanreach45.TheFPGAsynthesisreportsandthedecoderlayoutinSMIC0.13μmCMOStechnologyaregiven.

5、Keywords:HDTV;VLSI;LDPC;irregularcode第8期陈赟等：符合DTMB标准的非规则码LDPC解码器VLSI设计·65·1引言收稿日期：2007-01-24；修回日期：2007-06-21基金项目：上海市经委资助项目——中国标准数字电视地面传输芯片FoundationItem:TheChipDesignoftheDigitalTerrestrialMediaBroadcastingStandardofChina现代通信系统中，纠错码是提高信道传输可靠性和功率利用率的重要手段，低密度奇偶校验

6、码（LDPC码）是目前最逼近香农极限的一类纠错码。1962年，Gallager首次提出了LDPC码的古典模型[1]，即规则（regular）的LDPC码：（n,j,k），在规则的LDPC码中，校验矩阵H具有恒定的行重和列重。LDPC译码实际是一种迭代概率译码，每一轮迭代都需要对码字中各比特关于接收码字和信道参数的后验概率进行估算，整个迭代过程可以看成在由校验矩阵决定的Tanner图上进行的消息传递过程。针对LDPC码，目前的研究工作主要集中以下几个方面：较短码长LDPC解码算法的硬件设计的优化研究[2]，高数据吞吐率

7、LDPC的硬件实现研究[3]，低功耗LDPC解码器的硬件实现研究[4]等。但是，目前通常的研究中，码长通常没有超过2048bit，在较长码长情况下的成功硬件设计比较少；在全并行结构下能达到很高的解码速度，比如：一个1024bit，码率1/2的全并行LDPC解码器数据吞吐率能达到1Gbit/s[5]第8期陈赟等：符合DTMB标准的非规则码LDPC解码器VLSI设计·65·。但是，全并行结构也有缺点，随着码长的增加，硬件复杂度将大大增加，在特定系统中的应用将受到制约。比如在文献[5]中，1kbit的码长就消耗了1.7M门

8、。而且，在LDPC码IC的后端设计中，布线将随着码长的增大和tanner图的随机化变得很难完成。另外，非规则LDPC解码器的设计比规则LDPC码难度更大，理论上，融合多种码率的LDPC解码器的存储器容量将成倍增加，从而致使芯片面积成倍增加，布线难度加剧，也将导致芯片功耗大大增加。在数字电视地面传输中国国家标准中[6]（DTMB，digitalt