Αρχιτεκτονική και υλοποίηση κωδικοποιητών VLSI για κώδικες LDPC

• Main Author: Mahdi, Ahmed
• Other Authors: Παλιουράς, Βασίλειος
• Language: gr
• Published: 2011
• Subjects: Κωδικοποιητές; Κώδικες LDPC; 005.72; Encoders; LDPC codes
• Online Access: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4280

Η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της κωδικοποίησης για κώδικες LDPC. Στα πλαίσιά της, θα μελετηθούν τα προβλήματα και η πολυπλοκότητα κωδικοποίησης συναρτήσει του μήκους της κωδικής λέξης. Έμφαση θα δοθεί σε εφαρμογές με μεγάλο μήκος κωδικής λέξης όπως εκείνες που χρησιμοποιούνται σε νέες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές, όπως δορυφορικό Digital Video Broadcast (DVB) DVB-S2, IEEE 802.3an (10GBASE-T) και IEEE 802.16(WiMAX). Σε τέτοιες εφαρμογές όπου η κωδική λέξη μπορεί να έχει μήκος αρκετά μεγαλύτερο των 1000 bits, η πολυπλοκότητα κωδικοποίησης είναι σημαντική. Αυτό συμβαίνει διότι απαιτούνται μεγάλες σε μέγεθος μνήμες για την αποθήκευση του Πίνακα Έλεγχου Ισοτιμίας (Parity-check Matrix H), πολύ μεγάλη χρονική επεξεργαστική πολυπλοκότητα O(n^2) αλλά και πολλά επεξεργαστικά στοιχεία τάξης Ο(n^2). Ο σκοπός λοιπόν είναι να μελετηθούν οι αλγόριθμοι κωδικοποίησης και να μελετηθεί πώς μπορεί να αξιοποιηθεί η αραιότητα του Πίνακα Έλεγχου Ισοτιμίας έτσι ώστε να επιτευχθεί κατά το δυνατόν γραμμική πολυπλοκότητα O(n) κωδικοποίησης. Στη συνέχεια, αφού αναπτυχθεί η κατάλληλη μέθοδος κωδικοποίησης, θα ακολουθήσει η μελέτη και ο σχεδιασμός μίας βέλτιστης VLSI αρχιτεκτονικής για την υλοποίηση σε υλικό του LDPC κωδικοποιητή, ώστε να ικανοποιεί και άλλα πρακτικά κριτήρια, με έμφαση στη μείωση της καθυστέρησης και της απαιτούμενης επιφάνειας. Θα αναπτυχθεί επίσης μια κατάλληλη αρχιτεκτονική για διάφορους βαθμούς παραλληλίας του κωδικοποιητή. === An LDPC code is a linear block code specified by a very sparse parity check matrix (PCM). LDPC codes are usually represented by a bi-partite graph in which a variable node corresponds to a ’coded bit’ or a PCM column, and a check node corresponds to a parity check equation or a PCM row. There is an edge between each pair of nodes if there is a ’one’ in the corresponding PCM entry. In a general analysis an (n, k) LDPC code has k information bits and n coded bits with code rate r = k/n. An important issue in the implementation of LDPC-code based forward error correction systems is the encoding of LDPC codes. Generally, LDPC codes cannot have the simple encoding structures based on of shift registers as in the case of convolutional, turbo codes, or cyclic block codes. However, general LDPC codes do not fall in this category. Except QC-cyclic LDPC codes, most efficient LDPC codes, especially irregular LDPC codes are hard to encode with the idea of shift registers. A straightforward way is to derive a systematic generator matrix from a PCM, and then to encode LDPC code systematically with the generator matrix. This can work for every LDPC code in theory, but practically it is a very bad idea because it has high complexity, as the generator matrix derived from parity-check matrix is not sparse contrasted to the PCM. Generator matrix can be very dense matrix. The objective is to utilize the sparseness to achieve LDPC encoding in linear time. This Master’s thesis presents a flexible encoder architecture using QC-cyclic LDPC codes and efficient two-step encoding algorithm in order to achieve linear time encoding. The particular approach considers several VLSI design issues of LDPC encoder. In particular efficient approaches are presented for reducing memory requirements, for reducing hardware complexity, and increasing the speed and throughput of LDPC encoding. The proposed structure is also generic and scalable, supporting multiple configurations, in terms of bits per symbol and code rate. A generic scalable processing unit is also presented. It supports LDPC codes that define parity check matrix as a combination of identity matrix, shifted identity matrix and all-zero matrix (QC-cyclic LDPC codes). The particular LDPC encoder architecture is synthesized and experimental results are reported.