基于IEEE80216e协议的LDPC编码器的研究与实现

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1、上海交通大学硕士学位论文基于IEEE802.16e协议的LDPC编码器的研究与实现姓名：俞华梁申请学位级别：硕士专业：软件工程（集成电路设计）指导教师：毛志刚20080101摘要基于IEEE802.16e协议的LDPC编码器的研究与实现低密度奇偶校验(Low-DensityParityCheck)码以其卓越的性能、极低的解码复杂度，在通信领域正得到越来越多的关注。LDPC码属于线性分组码，线性分组码的通用编码方法是由信息序列根据码的生成矩阵来求相应的码字序列。尽管LDPC码的校验矩阵是非常稀疏的，

2、但它的生成矩阵却并不稀疏，这使得其编码复杂度往往与其码长的平方成正比。在IEEE802.16e协议中定义了6个H矩阵，对应的码长从576到2304。采用传统的编码算法会导致用于存储的寄存器数量非常多，编码复杂度特别大，在实际应用中成为一个障碍。因而，本文主要针对LDPC编码器在IEEE802.16e标准中的应用进行研究。本文首先介绍了LDPC码的原理以及研究现状，接着简要地介绍了IEEE802.16e协议对LDPC编码的一些规定。在对LDPC码的译码算法作了深入探讨之后，比较了不同码率不同码长下置

3、信传播算法以及其他的改进算法的译码性能。然后，本文探讨了LDPC的编码算法。通过与传统编码算法的比较，找到了适合实现多码长的LDPC快速编码算法。通过在Matlab下仿真和分析，提岀了适合于IEEE802.16e标准的改进RU算法，这个算法进一步降低了编码的复杂度。基于以上改进算法，提出了整体硬件设计方案，并完成了代码的编写和最终的硬件实现。最后，通过Matlab与Verilog协同验证,证明所设计的LDPC编码器完全符合设计要求。关键词：低密度奇偶校验码，编码器，IEEE802.16e,改进RU

4、算法Fl录图目录图1数字通信系统图2(8,2,4)LDPC码的二分图图3tanh(x)函数曲线图2326图5经过高斯消去法后下三角形式的H矩阵28图6具有近似下三角阵形式的校验矩阵29图7码率为1/2,扩展因子为96的申矩阵图35图8IEEE802.16协议不同版本比较39图9基于IEEE802.16e标准的LDPC码的硬件编码器的总休结构图40图10码率为1/2的H矩阵41图11矩阵乘法器结构图44图12校验矩阵非0元素存储格式44图13桶形移位器46图14前向置换器电路图48图15输入信息位(

5、1152位)示意图50图16输岀校验位(1152位)示意图51图17Virtex4XC4VLX100参数图51图4三种译码算法的误比特率比较Fl录表目录表1LDPC块长和码率17表5Matlab中RU算法实现编码时间一览表36表6Matlab中基于Wimax的改进型RU算法实现编码时间一览表37表7改进RU算法计算pl时算法复杂度42■厶＞表9同类硬件实现性能对比一览表53上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所

6、取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：俞华梁日期：2008年1月20日上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容

7、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在本学位论文属于不保密«。（请在以上方框内打“P”）年解密后适用本授权书。学位论文作者签名：俞华梁指导教师签名：毛志刚日期：2008年1月20日日期：2008年1月20日1绪论1.1课题背景与意义1.1.1数字通信系统通信按照传统的理解就是信息的传输与交换。在人类社会中，人们总是离不开消息的传递。从古代的人力、马力及烽火台，到现代社会的文字、书信、电报、电话及电视等，都属于通信的范畴。随着社会的发展和技术的进步

8、，人们对传递消息的要求越来越高，通信交流的方式也越来越复杂。现在，通信己经渗透进每个人的生活，信息化时代己经来临。所谓通信系统就是完成信息传递所需的所有设备的总和。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。由于数字通信具有抗干扰能力强、便于差错控制、便于使用现代数字信号处理、易于加密、可以综合传递各种消息等优点，因此数字通信系统更适应于现代通信的要求。调制器编码器加密器信息源信道解调器受信者解码器译码器噪声源图1数字通信系统Figure1M