【摘 要】
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随着LDPC码作为第五代移动通信系统（5G）增强移动带宽场景下数据信道的编码方案,以及面对新一代移动通信（6G）在需求和技术上所展开的研究工作,都充分说明了无论是在未来空天地一体化的编码方案设计工作中,还是针对目前5G市场的快速推进,与LDPC码作为信道编码方案中所表现出的优异性能是分不开的。针对卫星通信DVB-S2标准中采用LDPC码和BCH码级联的码结构已经具有接近香农限的性能,可是随着卫星通
【基金项目】
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通信网信息传输与分发技术重点实验室基金课题（项目编号:SXX19641X071）；
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随着LDPC码作为第五代移动通信系统（5G）增强移动带宽场景下数据信道的编码方案,以及面对新一代移动通信（6G）在需求和技术上所展开的研究工作,都充分说明了无论是在未来空天地一体化的编码方案设计工作中,还是针对目前5G市场的快速推进,与LDPC码作为信道编码方案中所表现出的优异性能是分不开的。针对卫星通信DVB-S2标准中采用LDPC码和BCH码级联的码结构已经具有接近香农限的性能,可是随着卫星通信的不断发展,在数据传输的过程中迫切的需要具有更低时延和更高吞吐率的LDPC码编译码器,来面对更大的传输数据量,更高的传输速率和更低的传输时延等需求。本文以卫星通信为研究背景,针对DVB-S2标准中的LDPC码,从理论分析、算法仿真和硬件实现等多个方面展开研究,并基于Xilinx公司的xc7z100ffg900-2FPGA芯片,以Vivado为开发平台,采用Verilog硬件描述语言,最终完成兼容DVB-S2标准中码长为64800,码率为1/2、3/4、8/9的高速LDPC码编码器和译码器的硬件实现。在编码器方面,首先根据标准定义的LDPC码校验矩阵,提出了一种基于双对角结构的简化编码方法,从硬件实现的角度出发,通过引入迭代中间变量的方式,去简化LDPC码的核心编码过程,从而减少硬件资源的使用并降低编码器的动态功耗;接着优化了迭代中间变量的存储方式,通过采用分布式的存储,在做到兼容多种码率的同时又减少了硬件存储资源的消耗;最终设计出的LDPC码编码器可以稳定工作在200 MHz的时钟频率下,并实现多种码率之间的动态切换。在硬件资源使用（LUT占比1.55%,FF占比0.91%）较低的情况下,编码器吞吐率为200 Mbps。在译码器方面,首先对标准定义的初始LDPC码校验矩阵结构进行改进,通过对初始校验矩阵进行变换,使其具有准循环结构来提高译码器的并行度,并考虑译码器硬件实现的资源消耗情况,最终选取并行度为60的硬件架构;接着依据基于分层结构的归一化最小和译码算法,提出了一种具有流水线结构的设计方式,在基本不影响译码性能的同时,进一步降低了译码迭代的时延,有效的提高了译码器的译码速率和吞吐率;最终设计出的LDPC码译码器可以在最高150 MHz的时钟频率下稳定工作,并可以根据外部动态输入的全局参数去调整支持的码率,计算位宽和最大迭代次数等参数。在使用（LUT占比11.55%,FF占比4.77%）等硬件资源的条件下,译码器达到了100 Mbps的吞吐率。
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