基于CMMB系統(tǒng)的LDPC譯碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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2．5 中間結(jié)果存儲(chǔ)單元(R_Mem和Q_Mem)
由于兩種碼率時(shí)，校驗(yàn)矩陣第1個(gè)子矩陣中非零元素的位置不一樣。故在水平更新時(shí)，RAM的初始化地址也不一樣，需要用兩組初始地址值。對(duì)兩種碼率來(lái)說(shuō)，第1個(gè)行子矩陣非零元素的個(gè)數(shù)都為108(18x6或9x12)。事實(shí)上，第1個(gè)列子矩陣非零元素的個(gè)數(shù)同樣為108(3x36)。第1個(gè)行子矩陣和第1個(gè)列子矩陣非零元素位置有著潛在的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，第1行(下標(biāo)從0開(kāi)始)6個(gè)1的列位置(下標(biāo)從0開(kāi)始)分別為0，7，19，26，31，5664。若分析第5664列可以發(fā)現(xiàn)5664=157x36+12，即5664列是第12列的移位。第12列中非零位置對(duì)應(yīng)的行號(hào)為0，119，1783=99x18+1。第5664列中非零位置對(duì)應(yīng)的行號(hào)為1，826，2945。于是非零位置(1783，12)的映射為(1，5664)。這樣，通過(guò)挖掘行子矩陣和列子矩陣中每一個(gè)非零位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就能準(zhǔn)確地得出VNU和CNU運(yùn)算單元數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。把這種對(duì)應(yīng)關(guān)系體現(xiàn)到memory的調(diào)度上來(lái)，就能準(zhǔn)確地從R_Mem和Q_Mem中取值以進(jìn)行水平和垂直更新。表1所列是中間結(jié)果存儲(chǔ)單元和寫(xiě)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191280.htm
這里分別用了108個(gè)深度為256、寬度為6bits的單口RAM作為R_Mem和Q_Mem。當(dāng)進(jìn)行變量節(jié)點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，VNU輸入可從Q_Mem中讀取，讀數(shù)時(shí)，首地址為0，VNU輸出寫(xiě)入R_Mem中，寫(xiě)順序首地址為黑體數(shù)字，運(yùn)算周期為256；當(dāng)所有變量節(jié)點(diǎn)更新后，接著是校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算，同時(shí)
可進(jìn)行檢驗(yàn)方程運(yùn)算。此時(shí)，CNU輸入從R_Mem中讀取，讀數(shù)的首地址為0，CNU輸出寫(xiě)入Q_Mem中，寫(xiě)入順序首地址為黑體數(shù)字，運(yùn)算周期同樣為256。如此交替，便可完成迭代過(guò)程。上述例子中，(1，5664)和(1783，1)的對(duì)應(yīng)關(guān)系反映在存儲(chǔ)單元上，正如表1中的第2列所示。
3 譯碼器的性能分析及FPGA實(shí)現(xiàn)
作者通過(guò)C語(yǔ)言模型和MATLAB模型對(duì)譯碼器進(jìn)行了浮點(diǎn)和定點(diǎn)仿真。為了達(dá)到性能和面積的平衡，位寬的取值為6 bits，而譯碼器性能只比浮點(diǎn)模型損失了約0．15 dB。在AWGN信道和BPSK的調(diào)制解調(diào)方式下，當(dāng)碼率為1／2，信噪比SNR為1．6 dB時(shí)，誤碼率已經(jīng)降至10-5以下。而在信噪比SNR為1．7 dB時(shí)，誤碼率已經(jīng)降至10-7以下；當(dāng)碼率為3／4時(shí)，在信噪比SNR為3．0 dB時(shí)，誤碼率可以降至10-6以下。
本文按照上面所描述的硬件結(jié)構(gòu)，采用XILINX的VirtexIV-XC4VLX80器件實(shí)現(xiàn)了CMMB標(biāo)準(zhǔn)中兩種碼率的LDPC譯碼，并且達(dá)到了和C定點(diǎn)模型同樣的性能。在ISE開(kāi)發(fā)工具上對(duì)其進(jìn)行編譯時(shí)，其具體的資源利用情況如表2所列。
從表2中可以看出，此結(jié)構(gòu)不僅完全地復(fù)用了存儲(chǔ)器資源，而且最大限度地復(fù)用了邏輯運(yùn)算單元。正是因?yàn)閮煞N碼率可復(fù)用RAM資源，使memory消耗較少，從而剩下大量的RAM資源可以用作CMMB其余部分(如解交織模塊)使用。LUT資源相對(duì)來(lái)說(shuō)用得較多，這是由于并行結(jié)構(gòu)造成的，它有36個(gè)VNU和9個(gè)CNU交替進(jìn)行運(yùn)算。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的部分并行結(jié)構(gòu)的LDPC譯碼器能夠兼容不同碼率和不同校驗(yàn)矩陣行重的LDPC碼。運(yùn)用該譯碼結(jié)構(gòu)在XILINX的VirtexIVC4VLX80器件上可實(shí)現(xiàn)CMMB標(biāo)準(zhǔn)中兩種碼率的LDPC譯碼。事實(shí)上，針對(duì)校驗(yàn)矩陣的特點(diǎn)，采用一種獨(dú)特的存儲(chǔ)器控制策略，可以最大限度地復(fù)用硬件資源，從而大大減少了譯碼器的資源消耗。
評(píng)論