【摘 要】
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由于极化码具有信道容量可达的特性,近年来在编码界和工业界备受瞩目。连续消除(Successive Cancellation,SC)算法和置信度传播(Belief Propagation,BP)算法是极化码译码方案的两个典型代表。SC译码通过递归的方式实现,其译码结构简单且复杂度较低。与SC译码相比,BP译码可高度并行处理,且具有更高的吞吐量和较低的译码延迟。但现有的BP译码器普遍存在功能单元利用率
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由于极化码具有信道容量可达的特性,近年来在编码界和工业界备受瞩目。连续消除(Successive Cancellation,SC)算法和置信度传播(Belief Propagation,BP)算法是极化码译码方案的两个典型代表。SC译码通过递归的方式实现,其译码结构简单且复杂度较低。与SC译码相比,BP译码可高度并行处理,且具有更高的吞吐量和较低的译码延迟。但现有的BP译码器普遍存在功能单元利用率较低和存储资源较高的问题,致使译码器的硬件性能仍不理想,还需进一步的改进和优化以提高译码器在实际应用中的竞争力。本文的工作主要集中在极化码BP译码器的优化及其硬件实现上,具体工作如下:第一,通过研究BP译码器在迭代过程中信息传播方式和更新调度策略,从基本计算模块(Basic Computational Block,BCB)使用数量、BCB利用率和译码延迟三个方面来分析和比较现有的BP译码器设计方案。基于折叠技术和流水线架构,在译码迭代中通过使用新值(New Value,NV)和旧值(Old Value,OV)策略进行更新计算,本文提出一种新型更新调度方式,称为新旧值(New and Old Value,NOV)更新调度方案。理论计算表明,与现有的流水线非全并行BP译码器相比,在不同码长且不硬判决的情况下,该方案一次迭代的译码延迟可降低50.7%,BCB利用率可提高50.6%。第二,根据NOV更新调度方案,本文给出一个基于NOV调度的极化码BP译码器架构,该架构主要由BCB、存储模块、硬判决模块和换向模块组成。通过制定具体的量化方案和存储方案,以进一步降低译码器的硬件资源消耗,并完成BCB和存储等核心模块的功能设计,最后实施于FPGA上。仿真和综合显示,当极化码参数为(1024,512),选取的量化方案为(1,8,3),缩放因子为0.9375时,与现有的流水线非全并行BP译码器相比,在使用相同的BCB数量下,提出的NOV极化码BP译码器在BER=10-3时会有0.1dB的译码性能损失,但存储资源(Registers&Block Memory)消耗可减少25.8%～38.9%,频率可提高1.9～2.1倍。
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