qc-ldpc码编译码器fpga实现及其在协作通信中应用

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1、万方数据NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringTheDesignofQC-LDPCencoderanddecoderonFPGAanditsapplicationincooperativecommunicationsystemAThesisinInformationandCommunicationEngineeringbyChengHaoAdvisedbyProf.FengFanYang

2、SubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2013万方数据万方数据承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入

3、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要1963年Gallager博士论文中的LDPC码拥有接近香农极限的优异性能，但限于当时硬件技术的限制，没有得到足够的重视。自1996年被Mackay、Spielman和Wiberg同时“再发现”以来，受到了学术界和应用界的广泛关注，掀起了信道编码界的研究热潮。伴随着现在硬件技术的发展，LDPC码已经被广泛应用于第四代移动通信系统、卫星通信、网络编码协作通信系统、CMMB等通信系统中。关于LDPC码的硬件实

4、现研究也取得了巨大的发展，但是无论是编码器的部分迭代编码算法还是译码器的串行结构和完全并行结构都有着其自身的缺陷。QC-LDPC码作为LDPC码的一个子类，有其自身的特性。利用QC-LDPC码的准循环特性，有关学者和专家研究出了基于SRAA结构的编码器，并基于TPMP译码算法提出了分层译码算法及其译码器结构，大大降低了对硬件资源的消耗，并保持了性能的优势。本文首先在线性分组码的基础上介绍了LDPC码的基础理论，并重点详细研究了基于有限域构造的QC-LDPC码。然后详细阐述了LDPC码的各种编码方法以及译码方法，并对各种译码方法的性能作了软件仿真和对比，确定了

5、两种基于最小和算法的修正因子。最终选择了基于归一化最小和算法的分层译码算法作为硬件实现的算法，采用7bits量化来处理数据。接着研究了基于有限域加群构造的QC-LDPC码，并通过特殊的构造方法构造出满秩的QC-LDPC码并将之应用于编码中继协作通信系统的源节点和中继节点处，并由此构成了总体校验矩阵，导出了双层Tanner图，目的节点处采用基于双层Tanner图的联合迭代译码算法。仿真和对比了各种理想和非理想协作通信系统的性能。最后，基于QuartusII软件，利用verilogHDL语言在Altera公司的EP3SE260F1517C2器件上实现了QC-LD

6、PC码编译码器的布局布线以及综合优化。使用Modelsim进行了仿真测试。编码器在工作频率70MHz的情况下，吞吐率可达到139.45Mbps。译码器在5次迭代，工作频率设定在35MHz情况下，吞吐率可以达到104.175Mbps。关键词：有限域，QC-LDPC码，SRAA结构，分层译码器，FPGAI万方数据QC-LDPC码的编译码器FPGA实现及其在协作通信中的应用ABSTRACTDoctorGallagerdescribedLDPCcodesinhisPhDtheisin1963.Thiskindofcodeshaveaperfectperformanc

7、ethatclosetotheShannonlimit,butbecauseoftherestrictionofthehardwaretechnology,LDPCdidnotgetenoughattention.SinceMackay,SpielmanandWibergre-discoveredtheLDPCcodesin1996,itreceiveswidespreadattentionbothinacademiaandindustryapplications,settingoffawaveofchannelcodingresearchcommunity

8、.Withthecurrentdevelopment