（微电子学与固体电子学专业论文）基于专用指令集处理器架构的aaldpc编译码器研究.pdf

- 一 - i 一 匿a l tc h i n ano r m a lun i v e r l 吾 r e s e a r c ho ne n c o d e r d e c o d e ro fa a l d p c c o d e sb a s e do na s i p m a j o r ： m i c r o e l e c t r o n i c s & s o l i de l e c t r o n i c s r e s e a r c hf i e l d ： 迅s ! 旦曼曼i 盟 m e n t o r ： a p r i l2 011 - i - j 士 ： i 一 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文基于专用指令集处理器架构的a a l d p c 编译码器研究，是在华东师范大学攻读硕士博士( 请勾选) 学位期间，在导 师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：9 0 1 1 年多月匐日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 基于专用指令集处理器架构的a a - l d p c 编译码器研究系本人在华东师 范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士堰士( 请勾选) 学位论文，本论 文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和 使用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交 学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被 查阅、借阅：同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库 进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合 理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文 ， 于年 月日解密，解密后适用上述授权。 ( 、) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名瑟丛! 经 ) o i l 年譬月力日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学 位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文缈密”审批表方为有效) ，未经 土述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均 适用上述授权) 一 l 卜 | ； 、 _ 1 j 一 韭丛! 垩博士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 七弓爱人 讲疡煲 上海j 牧系统与信 主席 西髓芸蕊霆斫 歇卫教投、宣丑天笋 式蒙性教夺受上舞曼叠太等 破穗戊毅寺受耷? i j 中靶大学 弦僮教寸受锋萏f 中乞人渗 趣1；， _ p e ： o 摘要 摘要 低密度校验码( l d p c ) 由于接近香农限的性能和可并行性，已经被广泛应 用在诸如通信、广播等领域，并成为4 g 标准的有力竞争者。作为一类性能优异 的l d p c 码，a a l d p c 码已经应用于d t m b 、w i m a x 等标准中。l d p c 码在 获得性能优势的同时，还存在硬件消耗大，延迟时间长等瓶颈。本文主要针对中 国数字地面多媒体广播( d t ) 信道编解码中的a a - l d p c 码，研究了其编译 码算法及a s i p 架构。本文的主要贡献在于： 1 提出了一种基于伸缩因子的量化方案。通过对节点信息进行收缩，本方案 可以使信息的整数部分表示更多有效信息，同时也降低量化饱和的影响。采 用( 口，o ) 对节点进行量化，由于其节点信息更新全部采用整数而不需要复杂的 浮点操作，可显著降低硬件复杂性。仿真结果表明，该量化方案应用于归一 化最小和时的译码性能与浮点性能相比仅相差0 1d b 。 2 提出了两种针对t d m p 译码算法的迭代终止算法，( a ) 部分校验迭代终止 算法。每次只采用h 矩阵的一部分参与校验计算，降低了对h 矩阵存储器 的带宽要求，对于0 4 、0 6 、0 8 三种码率的码字可分别减少9 7 、9 5 、 9 0 的数据带宽，而计算量也相应减少，仿真表明该算法性能接近于标准迭 代终止算法时的译码性能；( b ) 双阈值迭代终止算法。根据l d p c 码的译 码特点，把码字分为可译码字和不可译码字，仅需在这两部分分别设置一个 迭代终止阈值，该算法能够有效地进行译码。相对于f i x e d 算法在低信噪 区可节约9 0 的迭代次数，译码性能优于h d a 、s c r 、c m m 等算法，并 且硬件消耗较低。 ， 3 设计了一种基于专用指令处理器( a s i p ) 架构的l d p c 译码器。译码器中 的处理器采用5 级流水线架构，与传统实现方法相比，它在a s i c 的高性能 和g p p s 的灵活性中取得了一个很好的折衷。提出了一种针对校验节点存储 器的预存取方法，能节省7 5 的校验节点存储器数据位宽。在时钟频率为 8 0 m h z 时，吞吐率可达1 3 4 m b p s 。 4 设计了一种基于a s i p 架构的l d p c 编码器。它采用双处理器，提取部分专 用指令集，提高了编码器的吞吐率。在时钟频率为8 0 m h z 时，其吞吐率可 达2 4 0 m b p s 。 5 ： 对前述的不同算法和a s i p 编译码器进行了系统级仿真，并搭建了基于x i l i n x ， - i | 一 j 1 i ， r _ x c 4 v l x l 6 0 的f p g a 测试平台进行验证。结果表明本文提出的算法和a s i p 译码器可满足d t m b 标准的设计要求。 虽然本论文的研究主要针对d t m b 中的a a l d p c 码，但论文的研究方法及 成果可应用于其它的l d p c 码中，相关a s i p 架构的研究也是对a s i p 设计方法学的 有益补充。 本论文受上海市科委项目基于l d p c 算法的高性能专用指令集处理器系统 架构研究( 编号：0 8 7 0 0 7 4 1 2 0 0 ) ，中国科学院无线传感网与通信重点实验室无 线通信l d p c 专用指令集译码器设计研究开放课题和华东师范大学优秀博士培 养基金资助。 关键词：低密度奇偶校验码；迭代终止；t d m p ；伸缩因子量化；专用指令集处 理器；预存取：数字地面多媒体广播：a a l d p c 一 函一 c ， 一 誓 - 、 f a b s t r a c t a b s t r a c t a p p l i e di nm a n yf i e l d ss u c ha sc o m m u n i c a t i o n ，b r o a d c a s t i n g ，e t c ，l d p c ( l o w d e n s i t yp a r i t yc h e c k ) c o d e sh a v eb e c o m eas t r o n gc o m p e t i t o ri nf u t u r e4 g c o m m u n i c a t i o n sd u et oi t sn e a rs h a n n o nl i m i tp e r f o r m a n c ea n d p a r a l l e l i s m a sak i n d o fe x c e l l e n tc o r r e c t i n gc o d e ，a a - l d p cc o d e sh a v eb e e na p p l i e di nd t m b ，w i m a x ， e t c t h o u g hl d p cc o d e sh a v et h ea d v a n t a g eo fp e r f o r m a n c e ，t h e r es t i l le x i s tl a r g e d e m a n do fh a r d w a r ec o n s u m p t i o na n dl o n gl a t e n c yb o t t l e n e c k s t h i sp a p e rf o c u s e so n t h er e s e a r c ho ft h el d p cc o d e si nd t m bf r o me n c o d i n ga l g o r i t h m s ，d e c o d i n g a l g o r i t h m sa n da s i pa r c h i t e c t u r e s t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s 1 t h i sp a p e r p r o p o s e sas c a l i n gf a c t o rq u a n t i z a t i o ns c h e m ef o rl d p cc o d e s b y s c a l i n gm e s s a g eo fn o d e s ，t h es c h e m ea l l o w st h ei n t e g e rp a r to fm e s s a g et oi n c l u d e m o r ei n f o r m a t i o n ，a n di tc a nl o w e rt h ee f f e c to f q u a n t i z a t i o ns a t u r a t i o n m e s s a g e so f n o d e sa r eq u a n t i z e dw i t h 国，o ) d u et ot h ea p p l i c a t i o no fi n t e g e rp a r ti n s t e a do f c o m p l e xf l o a t i n gp o i n to p e r a t i o n ，t h eh a r d w a r ec o m p l e x i t yi ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e d s i m u l a t i o ni nn o r m a l i z e dm i n - s u md i s p l a y sa ni m p l e m e n t a t i o nl o s so fa b o u to 1d b c o m p a r e dw i t hf l o a t i n gp e r f o r m a n c e 2 t h i s p a p e rp r o p o s e dt w os t o p p i n gc r i t e r i af o ra a l d p cc o d e s ( a ) p a r tc h e c k a l g o r i t h mo n l yc h e c k so n eb l o c kr o wo fhm a t r i xa tat i m e ，w h i c hl o w e r st h e c o m m a n do fb a n d w i d t ho fhm a t r i x i tc a l ls a v et h eb a n d w i d t hb y9 7 ，9 5 a n d9 0 w i t hr e s p e c tt o0 4 ，0 6a n d 0 8 c o r r e s p o n d i n g l y , t h ec o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yi sa l s o l o w e r e d s i m u l a t i o nd e d i c a t e st h a tt h ep e r f o r m a n c ea p p r o x i m a t e st ot h ep e r f o r m a n c e o fs t a n d a r dc h e c ks t o p p i n gc r i t e r i o n ( b ) t w o t h r e s h o l d ss t o p p i n gc r i t e r i o nu s e st h e f e a t u r eo fl d p cd e c o d i n ga l g o r i t h mt og e n e r a t et h r e s h o l d sa tl o wa n dh i g he b n o ， r e s p e c t i v e l y o n l yt w ot h r e s h o l d sa r ed e m a n d e dt os t o pi t e r a t i v eb ys i m u l a t i o n s ， w h i c hr e d u c ec o m p u t a t i o nc o m p l e x i t y f u r t h e r m o r e ，i th a sb e e nd e m o n s t r a t e db y s i m u l a t i o n st h a tt h ep r o p o s e ds t o p p i n gc r i t e r i o nc a ns a v ei t e r a t i o n su pt o9 0 c o m p a r e dw i t hf i x e da n do u t p e r f o r m a n c eh d a ，s c ra n dc m m 3 al d p cd e c o d e ri nd t m bb a s e do na s i pi sd e s i g n e d t h ep r o c e s s o ra d o p t s f i v e - s t a g ep i p e l i n er i s cm c u c o m p a r e dw i t hg p pa n da s i c ，t h i sd e c o d e rg e t s 一 ，r h h 一 r i i r _ 奢 、 一 b e t t e rt r a d e o f fb e t w e e nc o s ta n df l e x i b i l i t y ap r e a c c e s sm e t h o df o rc h e c k i n gn o d e m e m o r yi sp r o p o s e d ，w h i c hc a nr e d u c ed a t aw i d t hb y7 5 a n dl o w e rc o m p l e x i t y a t x i l i n xx c 4 v l x l 6 0 ，t h et h r o u g h p u tc a na c h i e v e13 4 m b p sa t8 0 m h z 4 a nl d p ce n c o d e ri nd t m bb a s e do na s i pi sd e s i g n e d b ya d o p t i n gt w o p r o c e s s o r sa n de x t r a c t i n gs p e c i a li n s t r u c t i o n s ，t h ee n c o d e rb a s e do na s i pa c h i e v e s h i g ht h r o u g h p u to f2 4 0 m b p sa t8 0 m h z 5 t h i sp a p e rs i m u l a t e st h ea l g o r i t h ma n da s i pa r c h i t e c t u r ei nt h es y s t e m l e v e l ， a n db u i l d st h ef p g ap l a t f o r mb a s e do nx i l i n xx c 4 v l x l 6 0t ov e r i f yt h el d p c d e c o d e r r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e da l g o r i t h ma n dl d p cd e c o d e rm e e t st h e c o m m a n do fd t m b t h o u g ht h i sp a p e rf o c u s e so nt h er e s e a r c ho ft h el d p cc o d e si nt d m b ，t h e m e t h o d sa n dr e s u l t si nt h i sp a p e rc a na l s ob ea p p l i e dt oo t h e ra a l d p cc o d e s m o r e o v e r , t h er e s e a r c ho na s i pi sb e n e f i c i a lf o ra s i pd e s i g nm e t h o d o l o g y t h i sd i s s e r t a t i o nw o r ki ss u p p o r t e db yf o u n d a t i o no fs h a n g h a is c i e n c ea n d t e c h n o l o g yc o m m i t t e e o nt h e p r o j e c t r e s e a r c h o n h i g h p e r f o r m a n c ea s i p a r c h i t e c t u r eb a s e do nl d p c ”( n o 0 8 7 0 0 7 412 0 0 ) ，o p e np r o j e c to fk e yl a b o f w i r e l e s ss e n s o rn e t w o r k & c o m m u n i c a t i o n ，c h i n e s ea c a d e m yo fs c i e n c e s r e s e a r c ho na s i pa r c h i t e c t u r eb a s e do nl d p ci nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s a n d p h d p r o g r a ms c h o l a r s h i pf u n do fe c n u k e yw o r d s ：l d p c ，s t o p p i n gc r i t e r i o n ，t d m p , s c a l i n gf a c t o rq u a n t i z a t i o n ，a s i p , p r e a c c e s s ，d t m b ，a a - l d p c i v 奄一一 目录 目录 摘要i a b s t r a c t ：一】i i 英文缩写v i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究现状6 1 3 研究内容1 0 1 4 论文结构1 l 第二章低密度奇偶校验码18 2 1l d p c 码18 2 1 1 行重和列重1 9 2 1 2l d p c 码的分类2 0 2 1 3a a l d p c 码2 1 2 2 编码算法2 2 2 2 1 基于生成矩阵g 的编码算法2 3 2 2 2 基于l u 分解的编码算法2 3 2 2 3 基于r u 分解的编码算法2 3 2 3 译码算法2 5 2 3 1b p 算法2 6 2 3 2m i n s u m 算法2 9 2 3 3t d m p 算法3 0 2 4 本章小结3 1 第三章l d p c 编码器的a s i p 架构研究。3 3 3 1d t m b 的u d p c 码3 3 3 2 现有的编码方法3 4 3 3 编码算法优化3 5 3 4 特殊指令集的提取3 6 3 5 硬件加速3 7 3 6 本章小结3 9 第四章l d p c 译码器的伸缩因子量化方案4 1 4 1 量化方案分析4 1 4 2 伸缩因子分析方案4 2 4 2 1 伸缩因子分析4 2 4 2 2 提出的量化方案4 5 4 3 性能分析：一4 9 v 舢， 。 ， 曲 誓 目录 4 4 本章小结5 1 第五章l d p c 译码器的迭代终止算法5 2 5 1 现有的迭代终止算法5 2 5 1 1 标准迭代终止算法5 2 5 1 2c e 算法5 2 5 1 3s c r 算法5 4 5 1 4h d a 算法- 5 5 5 1 5c m m 算法5 6 5 2 提出的迭代终止算法5 6 5 2 1 性能分析5 6 5 2 2 双阈值迭代终止算法5 9 5 2 3 部分校验迭代终止算法6 5 5 3 本章小结：7 2 第六章l d p c 译码器的a s i p 架构研究一7 4 6 1 d t m b 接收系统一7 4 6 2 译码算法7 5 6 3 指令集设计7 7 6 4 硬件架构7 8 6 5 本章小结8 6 第七章f p g a 测试与验证8 8 7 1 测试方案。8 8 7 2 测试平台8 9 7 3 测试结果9 1 7 4 本章小结9 9 第八章总结与展望。1 0 0 8 1 论文总结1 0 0 8 2 展望。1 0 2 攻读博士期间发表的文章和申请的发明专利1 0 4 1 发表的论文10 4 2 申请的发明专利1 0 5 j 琴【谢1 0 6 附勇毛a 10 7 i j l 寸录b ：11 0 0 引r k ， - 重 英文缩写 a a 敞 a s i c a s i p k 潮g n b e r b f b p b p s k c e c 心 c m 岫 c m o s c n u d t n 皿 d s p d v b s 2 e t s i f e c f i f o f p g a g p p h d a 瑚r - w p a n l d p c 英文缩写 a r c h i t e c t u r ea w a r e 架构认知 a p p r o x i m a t el o w e rt r i a n g u l a r a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n s t r u c t i o n s s e t s p r o c e s s o r a d d i t i v e 珊l i t eg a u s s i o nn o i s e b i te r r o rr a t e b i tf l i p p i n g b e l i e f p r o p o g a t i o n b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g c r o s se n t r o p y c o n v e r g e n c eo fm e a nm a g n i t u d e c h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g c o m p l e m e n t a r ym e t a lo x i d e s e m i c o n d u c t o r c h e c kn o d eu n i t d i g i t a lt e l e v i s i o nt e r r e s t r i a l m u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r d i g i t a l v i d e o b r o a d c a s t i n g - - s a t e l l i t e - - s e c o n dg e n e r a t i o n e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n s s t a n d a r d si n s t i t u t e 近似下三角 专用集成电路 专用指令集处理器 加性高斯白噪声 误码率 比特翻转 置信度传播 二进制相移键控 交叉熵 均方幅度收敛 中国移动多媒体广 播 互补金属氧化物半 导体 校验节点单元 数字电视地面多媒 体广播 数字信号处理器 第二代卫星数字视 频广播系统标准 欧洲电信标准协会 f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n 前向纠错 f i r s t i nf i r s t0 u t f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y g e n e r a lp u r p o s ep r o c e s s o r h a r dd e c i s i o na i d e d h i 曲r a t e - w i r e l e s s p e r s o na r e a n e t w o r k l o w d e n s i t yp a r i t yc h e c k v 先进先出 现场可编程门阵列 通用处理器 硬辅助判决 高速个人无线局域 网 低密度奇偶校验 向r ， i ： 1 k “ i 英文缩写 l l r m m d s 田o n 皿 m s m c u n 儿g o f d m r o m s c s c r s d r s i m d s i s 0 s n r s o c t d n 口 t p m p v l s i v n u w 谭i w i 嗄a x w l a n l o g - l i k e h o o d - r a t i o l o n g - t e r me v o l u t i o n m a xd i s t a n c es e p a r a b l e m u l t i p l e - i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t m a x i m u ml i k e l i h o o d m i n s u m m i c r oc o n t r o lu n i t m a j o r - l o g i cd e c o d i n g o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g r e a d - o n l ym e m o r y r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r s i g nc h a n g er a t i o s i g nd i f f e r e n tr a t i o s i n g l ei n s t r u c t i o nm u l t i p l ed a t a s o f t i ns o f t o u t s i g n a l t o - n o i s er a t i o s y s t e m o n c h i p t u r b od e c o d i n gm e s s a g ep a s s i n g t w o p h a s em e s s a g ep a s s i n g v e r yl a r g es c a l ei n t e g r a t e d v 撕a b l en o d eu n i t w i r e l e s sf i d e l i t y w o r l d w i d ei n t e r o p e r a b i l i t yf o r m i c r o w a v ea c c e s s w i r e l e s sl o c a 】a r e an e t w o r k v 对数似然比 长期演化 最大距离可分 多输入多输出 最大似然 最小和 微控制单元 大数逻辑译码 正交频分复用 只读存储器 精简指令集计算机 符号改变率 符号差别率 单指令多数据 软输入软输出 信噪比 片上系统 t u r b o 迭代的信息 传递 两相信息传递 超大规模集成 变量节点单元 无线相容性认证 全球微波互连接入 无线局域网 7 p 一 鼻 iii一 “一 肩 i 华东师范大学博士学位论文 第一章绪论 本章主要介绍了数字通信系统的基本组成和信道编解码在通信的作用；回顾 纠错码的发展历史；介绍了低密度奇偶校验码( l o wd e n s i t ) rp a r i 锣c h e c k ，l d p c ) 在通信领域的应用，并阐述了l d p c 码的优点。介绍了l d p c 码的研究现状，分 析了存在的问题，并以此作为本论文的研究内容。最后给出了论文结构。 1 1 研究背景 在通信系统的分析和设计中，特别重要的是信息传输所通过物理信道的特 征，信道的特征一般会影响通信系统基本组成部分的设计【1 1 。无论是在有线信道、 无线信道还是在光纤信道等物理媒质中传输，信号将不可避免地受到加性热噪 声、人为噪声以及大气噪声等干扰。因此信道译码器输出序列的误码率是衡量编 码器译码器组合性能的一个重要量度。 t r a n s m i t t e r s i g n f l i i l p u t c h 锄e 1d i s t 嘣i o na i l dn o i s e 呻o r e c e i v e r p c ) 图1 1 是一个典型的通信系统原理图，将外部模拟或者数字信源的输出有效 地变换成二进制数字序列，这个处理过程称为信源编码或者数据压缩。由信源编 码器输出的二进制数字序列称为信息序列，然后进行信道编码。信道编码的主要 作用是在信息序列传送过程中加入一些冗余信息，使信息序列在传输过程中能够 抵抗外部噪声和干扰的影响，可以提高接收数据的可靠性和接收信号的逼真度。 信道编码后的信息经过调制和d a 转换成电信号发送出去。 第一章绪论 在接收端，经过a d 转换后，接收信号转换成一个数字序列，该序列是对 发送数据的估计值，经过信道解码后，对原始数据进行重构，恢复原始信息序列。 信源解码器接收信道译码器的输出序列，根据信源编码方法重构出由信源发出的 原始信号。人们一直在寻找性能好的编码来降低由于信道干扰而造成的信息传输 错误。 1 9 4 8 年c e s h a n n o n ( 香农) 【2 】在b e l ls y s t e mt e c h n i c a lj o u r n a l 上发表了“a m a t h e m a t i c a lt h e o r yo fc o m m u n i c a t i o n ，这是一篇具有里程碑意义的论文，该论 文中提出了奠定信息论基础的香农定理：对于一个给定的有扰信道，存在一个确 定的参数，即信道容量c ，假设信道中的传送信息率为r ，如果r c ，则不可能实现无差错通信。虽然香农定理是关于存在性的定理，并没有 提供具体的编码实现方法，但为信道纠错码的研究指明了方向。后来人们为了减 少噪声的影响在设计有效的编解码方面做出了大量的努力。1 9 5 0 年，汉明( r i c h a r d w - h a m m i n g ) 3 】发明了第一类用于纠错的线性分组码，可纠正分组长度范围内的 任何单个错误。1 9 5 4 年r e e d 【4 】在m u l l e r 5 】提出的分组码基础上得到了一种新的分 组码，称为r e e d m u l l e r 码，在码字长度和纠错能力方面有更强的适应性。1 9 5 7 年，普朗基口r a n g e ) 【6 】提出了循环码的概念。h o o p u e g h e m 7 】在1 9 5 9 年，b o s e s 和 c h a u d l l u m 【8 】在1 9 6 0 年分别独立提出了b c h 码，b c h 码是对汉明码的推广，可纠 正多个错误。同一年，r e e d 和s o l o m o n t 9 】提出了非二进带i j r s 码，r s 码在纠正随机 错误和突发错误方面十分有效。1 9 6 2 年，麻省理工学院的g a l l a g e m 】首次提出了 低密度奇偶校验码( l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c k ，l d p c ) ，它是一种前向纠错码， 当时受硬件实现技术条件的限制，并没有引起人们的注意。1 9 6 7 年，v i t e r b i 【l l j 提出卷积码的网格解码算法，它是卷积码的最大似然( m a x i m u ml i k e l i h o o d ， 池) 译码算法，促进了卷积码的发展和应用。1 9 9 3 年在瑞士日内瓦召开的国际 通信会议上，法国不列颠通信大学c b e r r o u 和a g a v i e u x 【1 2 】提出了一种新型的信 道编码t u r b o 码，实现了接近香农限的性能。 t u r b o 码的良好纠错性能又引起人们对l d p c 码的兴趣。1 9 9 6 年，m a c k a y 、 n e a l 掣1 3 】对l d p c 重新进行了研究，发现其良好的纠错性能。1 9 9 8 年r u b y 1 4 魄出 了非规贝j j l d p c 码的概念。l d p c 码的编码是基于s h a n n o n 提出的随机编码思想， 其软判决译码采用低复杂度的置信传播迭代译码算法，因此在给定误码率情况下 的信息传输速率可以非常接近s h a n n o n 限。2 0 0 2 年美国麻省理工学院的s a e - y o u n g 2 。 - 一 酗 - 4 华东师范大学博士学位论文 c h u n g 等 1 5 】将译码性能提高到距s h 姗o n 限只有0 0 0 4 5 d b ，这是迄今为止报道的 性能最好的纠错码。而对于一些中长码长的l d p c 码，其纠错性能甚至已经超过 了t u r b o 码。与t u r b o 码相比，l d p c 码具有以下优势： ( 1 ) 良好的纠错性能； ( 2 ) 较低的误码平台( e r r o rf l o o r ) ； ( 3 ) 可以构造任意码率的码字，灵活性很高； ( 4 ) 其结构利于更好的并行化译码，有利于v l s i 实现。 l d p c 码正是由于具有如此优越的纠错性能和译码的低复杂度而越来越得到 人们的重视，逐渐成为目前最有前景的纠错编码技术之一。如图1 - 2 所示，l d p c 码已经应用于无线通信、光纤通信、广播、磁盘纠错、网络通信和高清数字电视 等领域。 广一一一一一_ 一一- - 一_ 一- _ 一一_ - - 一一- - 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一_ 一一一一一一一一一一1 图1 2l d p c 码的应用领域 f i g u r e1 - 2a p p l i c a t i o nf i e l d so f l d p cc o d e s 2 0 0 5 年3 月欧洲电信标准协会( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d s i n s t i t u t e ，e t s i ) 颁布了第二代数字视频广播标准( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g s a t e l l i t e s e c o n dg e n e r a t i o n ，d v b s 2 ) 1 6 1 。该标准是在d v b s 的基础上发展起 来的，它融合了d v b s 提出以来近1 0 年中通信技术发展的最新成果，是面向各 种宽带卫星应用的第二代标准。d v b s 2 纠错编码由包括休斯、意法半导体等七 家公司参与角逐，形成四个候选方案，即p a r a l l e lt u r b oc o d e s 、s e r i a lt u 曲oc o d e s 、 t u r b op r o d u c tc o d e s 和l d p cc o d e s 。最初的焦点集中于2 0 世纪9 0 年代中后期大 显身手的t u r b o 码，不少集成电路公司已经先期投资开发基于t u r b o 编码的芯片， 第一章绪论 但是l d p c 码最终胜出。d v b s 2 系统中前向纠错( f e c ) 采用了功能强大的b c h 和l d p c 级联的信道编码方式，有效地降低了系统解调门限，距离理论的香农极 限只有0 7 d b 到l d b 的差距【1 刀。由于d v b s 2 中采用了新的信道编码方案和高 阶调制组合，比d v b s 在同样的传输条件下增加了3 0 的容量，并能在同样的 频谱效率下提供更强劲的接收能力。 中国数字电视地面广播系统标准2 0 0 6 年8