3 Исследование принципов реализации ldpc кодека на плис

Код с малой плотностью проверок на чётность – мощная техника исправления ошибок, которая выигрывает у многих известных схем кодирования. Он может использоваться в любой системе связи, где существенна экономия энергии или отношение сигнал/шум очень низко. Такие коды могут использоваться для увеличения энергетического выигрыша кодирования в случаях, где среда распространения позволяет увеличить полосу пропускания. Например, космические коммуникации, микроволновые

системы связи, цифровое спутниковое телевидение. Различные варианты кода используются в стандартах DVB-S2, DVB-T2 придя на смену турбо-кодам, а также в других беспроводных системах связи. При большой длине кодового слова коды LDPC достигают показателей, близких к пределу Шеннона. Отличие от турбо-кодов заключается в том, что турбо-коды имеют тенденцию к низкой сложности кодирования, но высокой сложностью декодирования, в LDPC-кодах возросла сложность кодирования, но вместе с этим упростился процесс декодирования. LDPC-коды, как и турбо-коды используют итеративные методы декодирования, однако декодирование может выполняться параллельно, что упрощает сложность декодера и повышает его быстродействие.

Цель работы – исследование комплекса вопросов по выбору, разработке и анализу характеристик кодека помехоустойчивого кодирования, для повышения эффективности систем спутниковой связи и экономии аппаратных ресурсов устройств, реализующих эти системы. В работе используются методы теории вероятностей и случайных процессов, алгебраической теории корректирующих кодов и теории информации.

Проводятся также моделирование на ЭВМ кодека и канала связи с гауссовым шумом.

В работе рассматриваются:

• результаты разработки LDPC кодека помехоустойчивого кодирования

• результаты реализации LDPC кодека на ПЛИС

• результаты моделирования LDPC кодека в канале с гауссовым шумом

Среди стандартов рекомендуемых Международным Консультативным Комитетом по космическим системам передачи данных (Consultative Committee for Space Data Systems – далее CCSDS) был выбран вариант LDPC кода из семейства кодов для систем передачи данных дальнего космоса типа AR4JA (Accumulate-Repeat-4-Jagged-Accumulate). Описание кода представлено в экспериментальном стандарте CCSDS 131.1-O-2 LOW DENSITY PARITY CHECK CODES FOR USE IN NEAR-EARTH AND DEEP SPACE APPLICATIONS September 2007 [2]. Для исследования был выбран код с длиной блока данных 1024 бит и кодовой скоростью ½ (длина кодового блока 2048 бит).

Изначально целью работы является реализация кодека помехоустойчивого кодирования на ПЛИС (Программируемая Логическая Интегральная Схема). Данное условие значительно ограничивает возможности использования вычислительно сложных математических функций в декодере, так как в ПЛИС в отличии от микропроцессоров отсутствуют аппаратные блоки вычисления математических функций типа операций вычисления корня, тригонометрических функций, логарифмов, экспоненты, деления и иногда умножения (ПЛИС фирмы Xilinx имеют умножители различной разрядности, количество самих умножителей зависит от семейства и версии ПЛИС). Поэтому далее рассматриваются две версии декодера, с точным вычислением метрик и приближенным, пригодным для реализации на ПЛИС.