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码译码算法分类如图所示 码的译码算法主要分为两大类。一类是硬判决译码算法。硬判决

  码译码算法分类如图所示 码的译码算法主要分为两大类。一类是硬判决译码算法。硬判决译码算法具有运算量较小、实用的特点 如大数逻辑译码、加权比特翻转译码等。另一类是软判决译码算法 码具有良好性能的一个重要原因就是码采用一种称为置信传播算法的软判决迭代译码算法 它与以前的线性分组码所采用的硬判决译码有本质

  码译码算法分类如图所示 码的译码算法主要分为两大类。一类是硬判决译码算法。硬判决译码算法具有运算量较小、实用的特点 如大数逻辑译码、加权比特翻转译码等。另一类是软判决译码算法 码具有良好性能的一个重要原因就是码采用一种称为置信传播算法的软判决迭代译码算法 它与以前的线性分组码所采用的硬判决译码有本质不同。本节主要介绍 码中具有优良译码性能的软判决译码算法—— 算法、最小和算法、及归一化最小和算法。对不同软判决译码算法的译码性能进行比较分析得出结论。 对数域 算法译码过程中需要用到的符号定义如表 所示。表 信息传输符号代表意义符号代表意义只 收到舅后判定发送比特的后验概率校验节点‘传递给变量节点薯的外部概率信息变量节点五传递给校验乃的外部概率信息与变量节点而相连的校验节点集合 除乃外与变量节点玉相连接的校验节点集合除‘外与校验节点相连接的变量节点集合法运算复杂的多大乘法运算 占用了大量的硬件资源 运算效率较低 硬件实现不够理想。将对数运算引入 算法 即运用对数似然比 可以有效的避免概率域 算法中的乘法运算 节省硬件设计中的存储资源 大幅提高运算效率。比 及对数似然比定义公式 由以上算法推倒为基础总结 算法步骤如下 初始化 迭代处理更新校验节点 更新变量节点更新 或者译码达到最大迭代次数则停止译码 否则转向步骤 。下图为软判决译码算法流程图。图 算法流程图标准最小和算法 算法中存在着大量的 】曲运算及它的反运算 计算复杂度较高。对校验节点更新的公式继续进行简化 得标准最小和算法。九 算法的校验节点更新公式简化后标准最小和译码算法校验节点更新公式为 标准最小和译码算法的初始化过程和变量节点更新公式与算法译码过程相同。 归一化最小和算法把公式 中的校验节点更新公式乘以一个小于 的因子常量口可以改进译码性能 即归一化最小和译码算法。西南交通大学硕士研究生学位论文第 川”’…理论上口的取值应该根据信噪比 和译码迭代次数的不同而改变 以确定最佳性能取值。但为简便起见 口通常为一常量。实际上 通常用密度进化 码性能在采用码构造校验矩阵和寄存器循环移位编码的条件下 影响 码性能的主要因素有 码长、码率、译码算法及译码迭代次数等。以下通过仿真分析不同因素对译码性能的影响 以下仿真均在 信道下进行 调制方式为 调制 不同软判决译码算法对性能的比较图为采用不同软判决算法的 码译码性能图。各项参数为 信息位长度 码率 矩阵构造方式采用 推荐编码标准 最大译码迭代次数设为 。图中分别是采用 算法、归一化最小和算法 修正因子 和最小和算法的译码性能比较关系。从图中可以看出 随着信噪比的增加 采用 算法得到的译码性能明显优于最小和算法。但在硬件实现时 算法运算很复杂 需要大量的运算单元和存储空间 不利于硬件实现 采用标准最小和算法虽然硬件实现简单了很多 但译码性能较差。如果在译码时先用密度演进理论口铂得到归一化因子后 然后用归一化最小和译码算法 不仅性能更加接近标准 译码 而且对算法的复杂度影响不大。综合考虑 采用归一化最小和译码算法较符合深空通信实际应用。 ‘‘’归化最小和修正系数 不同码长对译码性能的比较图为不同码长的 码译码性能比较图。选取的各项参数如下 码率 标准和积译码算法 最大迭代次数 图中甩表示码长。从图 中可以看出 码长较短时 码性能较差 码长较长时性能较好 但译码复杂度及所需的硬件存储空间会相应的增加 实际中要折中考虑。 为不同最大译码迭代次数的码译码性能比较图。选取的各项参数如下 码字长度 码率 采用 推荐编码标准 最小和译码算法 最大迭代次数分别设为 次。从图中可以看出随着最大迭代次数的增加 码的译码性能越来越好 说明提高迭代次数能有效的提高 译码性能。从图中还可以看出 迭代 次与迭代 的译码性能相差无几 说明译码性能不能随着迭代次数的增加无限制的提高。无限制的增加译码迭代次数只会增加译码复杂度和增加系统时延。 归一化最小和算法量化方案准循环 码译码器的硬件 硬件实现需要考虑性能、复杂度和灵活性等因素。归一化最小和算法中 涉及到很多的浮点加减法运算 当码长较长时 在硬件 中的实现将会带来空间复杂度和时间复杂度的几何级数增长。因此 码译码器实现来说 量化译码设计是非常重要的 它是硬件实现所必须考虑的关键环节。本节将基于归一化最小和算法 结合计算机仿真对 码的量化译码方案进行研究 分析量化对译码性能产生的影响 并提出可行的量化译码方案。一般来说 非均匀量化引起的损失总是比均匀量化带来的损失小 但是均匀量化的运算实现简单 在补码表示时 可以直接相加减 因此选择均匀量化作为接收信号的量化方式。在 信道 调制条件下 信道特性满足对称性条件 算法中 大致成对称分布因而适宜采用对称量化。经过大量仿真 发现对接收信道初始似然值的量化 量化方法的不同对译码影响不大 而均匀量化的硬件实现较非均匀量化更容易 因此直接选取均匀量化作为初始信道似然值的量化方式。中间消息如果采取与初始信道似然值系统的量化间隔 而限幅区间相应的放宽的话 加减法可以直接运算 无须附加转换 硬件实现将会很容易。图 表明采用不同比特均匀量化的误码率曲线。从图 可得 初始信道似然值的量化采取 比特均匀量化、中间消息采取 比特量化后 译码性能已经接近连续译码 因此将次方案作为译码算法的量化方案。各项参数如下 选用 标准 中用于深空通信的 信道下调制 采用归一化最小和译码方案。西南交通大学硕士研究生学位论文第 量化初始 量化初始 码译码器的实现 译码器的硬件构架 码译码器在硬件构架上可分为串行、全并行和部分并行三种结构。本节将对译码器的这三种构架分别作一简要介绍。 串行译码结构串行 码译码结构是通过以流水线串行处理的方式 每次只对一个节点进行信息交换 当所有相同类型的节点信息交换处理完毕后 译码器才进行下一类型的信息交换。图 为串行译码器结构图。图 串行译码器结构图禾 分别代表校验节点单元和变量节点单元。在信息更新过程中信息分别在 灯之间串行的进行信息更新。译码器每次只进行一个节点的信息更新所以整个过程只需要一个 模块和一个 模块。同时 每次信息串行操作完成后 需要对节点更新的地址等信息进行保存。因此 译码器中需要大量的内存来记录这些信息。可见 处理器这样对译码器吞吐量不大、功能模块少但内存充裕的场合比较适合采用串行译码器结构。全并行译码结构‘全并行译码结构 变量节点更新和校验节点更新过程同时进行这最大限度地发挥译码时信息更新相对独立的特点 可以获得很高的译码吞吐量。因为所有节点的更新是流水进行的 因此节点更新后不需要存储 节省了内存资源。但是在吞吐量提高的同时 码译码器的复杂度也相应地增加 译码器内部的布线复杂度随码长的增加呈指数级增长 对信息路由计算要求也很高。可以看出 全并行译码结构适合西南交通大学硕士研究生学位论文第 页对译码吞吐量需求很大而且可以承受较大译码复杂度的情况。图 全并行译码结构 部分并行译码结构部分并行译码结构是串行译码器结构与全并行译码器结构在译码复杂度和吞吐量之间的折中 。在部分并行译码结构中每个时钟内同时有肌个校验节点和 个变量节点进行信息更新。一次信息更新完成后 更新后的信息数据传入 中存储 校验节点和变量节点接着处理后面的信息 直到所有节点信息更新完毕。原则上 在这类部分并行译码器结构中 根据系统要求每个时钟同时处理的校验 变量 节点数可进行调整 即确定译码器的并行度 。串行译码结构和并行译码结构可以分别看成是并行度为“ ”和码长为 的特殊情况。可见 采用部分并行译码结构的译码器可以根据系统对吞吐量的要求 并结合硬件资源 通过设计不同并行度的译码结构来满完成 码译码要求。图 为部分并行译码结构示意图。 部分并行译码结构西南交通大学硕士研究生学位论文第 码多码率译码器的设计 码是一类性能优异的差错控制编码 它被 等标准所采用而且空间数据系统咨询委员会 也建议在深空探测和深空通信中使用 码作为信道编码。这些 码具有共同的特点 即都是基于准循环结构的 称为 。这些标准中规定了多种码长和码率的准循环码构造方式 所对应的译码器应当具有灵活的重新配置能力。另外 考虑到这些通信模块要嵌入到移动设备中去 因此 译码器模块应该具有低功耗和低复杂度等特性。本节将以 推荐使用的深空通信 码标准为例 设计了一种部分并行的多码率译码器结构 其具有可扩展的译码器吞吐量 又能充分利用一些基本模块实现译码 提高了资源利用效率。 多码率 码为例进行研究。码的码长、校验矩阵行数、变量节点度等参数如表 所示。表 码参数从表 中可以看出 该码属于非规则 码。经过统计 不同码率的码字之间存在如下规律 码率为 的校验矩阵的前 行变量节点度数为 其他行的度为 码率为 行的变量节点度为其他行的度则为 码率为 其他行的度为。归纳可得 不同码率码字的校验矩阵前 行的变量节点度均为 后面的 行的度则为不同的固定值。因此 在进行校验节点单元处理时 将最大变量节点度设为 译码时根据不同码率 通过逻辑来控制一个校验节点单元每次所处理的节点个数。这些设计可使译码器通过调整选择逻辑选通器来适应不同的码率 不同码率的译码方式共用部分资源 提高了资源效率。不同码率的 码在其基矩阵上有如上相近或相似的规律 因此在设计多码率译