[发明专利]基于随机计算的高性能低复杂度LDPC译码器

说明书

技术领域

本发明属于无线数字通信和广播技术领域，具体涉及一种基于随机计算的高性能低复杂度LDPC译码器。

背景技术

自20世纪90年代以来，人类社会进入一个数字化、信息化快速发展的阶段。由于社会环境的各不相同，信息科学技术的迅速发展，使得社会各领域中不断涌现各种数字通信技术，而人们对高速可靠的通信系统追求也日益增长。通过对信道信息进行编解码，可以对带有信道噪声的信息进行纠错，保证信息的安全可靠。其中，LDPC码（低密度奇偶校验码）是一种高性能的编解码方式，性能可以逼近香农极限。LDPC码由Gallager博士在1962提出，但是由于当时落后的集成电路制造水平，LDPC码一直没有得到学术界的重视。直到1997年，Mackay和Neal才重新挖掘出LDPC码，此后LDPC码逐渐成为信道纠错的主力编解码方式。

LDPC码相对于其他纠错码具有编码增益高，性能好，译码吞吐率高等各种优点，现阶段很多通信标准都采用LDPC码进行信道纠错，比如无线接入的WiMAX、WLAN以及数字电视DVB-S2，DTMB等通信标准采用的是LDPC编解码。LDPC码的译码器电路具有译码电路简单，并行度高等优点，适用于高吞吐率，尤其是100Gbps等光通信系统中。

随着LDPC码所使用的码长越来越长，校验矩阵的规模也是越来越大。相应的，LDPC译码器的电路规模也是越来越大。以IEEE 802.3an（10GBASE-T）为例，其校验矩阵规模为（2048,1723），也就是说，LDPC译码器中，VN（Variable Node, 变量节点）的个数为2048个，并且每个VN的维数为6，假设每个信息的量化为4bit，这样VN和CN（Check Node，校验节点）之间的连线总共条。这样的话，译码器中的连线复杂度就过于复杂了，而且占用大量的芯片面积，带来额外的功耗和降低了芯片的工作频率。在智能手机流行的今天，过大的芯片面积和过高的功耗显然是无法忍受的。

随机计算是一种实现LDPC译码器的新方法。随机计算在概率域对LDPC码进行解码，通过一系列随机的伯努利序列，将信道信息的概率值转化为一串“01”序列，该序列中“1”个数的期望值就代表着信道信息的概率。这样，与传统的在对数域进行解码的Min-Sum等算法对比，随机计算可以将加法，比较等复杂的数学运算转换为与、或、异或等简单的逻辑运算，VN与CN的复杂度大幅下降。并且，由于每次只需要处理一个bit，所以连线数量就会下降对应的量化倍数，比如上述的10GBASE-T译码器的连线复杂度就可以下降到条，减少了4倍。所以说，随机计算是一种很有前景的LDPC码的解码算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于随机计算的高性能低复杂度LDPC译码器。

本发明提供的LDPC译码器，基于随机计算算法，在概率域应用置信传播算法进行译码。该译码器支持IEEE 802.16（WiMAX）标准中的（576,480）校验矩阵。其结构包括：合适IEEE 802.16（WiMAX）标准中的（576,480）校验矩阵的NDS（noise dependent scaling, 依赖于噪声的缩减系数）系数的查找表（LUT）阵列，带有EM（Edge Memory，边沿存储器）初始化功能的Variable Node（VN）阵列，以及带有计算后验信息S和SM （S Memory，S存储器）的饱和计数器；其中，所述LUT阵列将带有噪声的信道信息量化成为对应的概率值，NDS系数将概率值缩减到合理的范围；所述VN阵列计算后验信息并且传递给饱和计数器和对应的Check Nodes（CN）阵列，初始化EM来缩减译码所需时间；所述饱和计数器用来记录VN传递的后验信息的概率趋势，并对应进行硬判别输出作为译码输出。SM收集之前可以用来输出的后验信息值，可以加快收敛速度。

本发明中，所述LUT阵列，共有576个LUT，对应码长576。每个LUT根据公式计算信道信息对应的概率值，其中代表带有噪声的信道信息。计算出对应的概率值后，需要根据NDS参数对概率值进行一定的缩小，这样来加快收敛速度。NDS参数对不同标准不同校验矩阵来说都是不同的，需要通过计算机仿真来确定。经过仿真，该译码器的NDS参数为7.5。