LDPC码研究与FPGA硬件平台实现

【摘要】：LDPC码是一类具有逼近Shannon限性能的信道编码，因其构造简单、译码复杂度与错误平层较低等优点，广泛应用于通信领域，是目前信道编码研究的热点问题。 采用理论分析、计算机仿真与硬件平台实现的方法，对LDPC码的编译码原理、校验矩阵的构造、PCM/FM再入遥测收发信机的研制进行了深入研究，所做工作包含如下几个方面： 1.考虑到基于PEG的环多项式分布与环连通度对LDPC码性能的影响，提出一种基于PEG环多项式分布的LDPC码构造方法。通过考虑校验矩阵的环长分布，最短环个数与ACE分布，该方法在消除短环的同时减少了最短环个数、提高平均局部围长并改善了环的连通度，进而改善译码性能。而且，为解决非结构码硬件实现的复杂度，还将该构造方法应用于QC-LDPC码的构造。仿真表明，该QC-LDPC码性能优于非结构化构造的Mackay码，且具有准循环LDPC码便于硬件实现的优势。 2.针对环长分布对LDPC码性能的影响，提出一种基于拉丁方阵的QC-LDPC码构造方法。该方法借鉴了Steiner三元系与拉丁方阵的性质，在消除短环的同时，还改进了原算法构造码字时码率不灵活的缺点。仿真结果表明，所提方法构造的短码性能优于PEG算法的短码；在构造中长码时，也有与PEG相近的性能，且具有QC-LDPC码便于硬件实现的优势。同时，将提出的LDPC码应用于PCM/FM再入遥测系统，并给出性能分析。 3.为提高再入遥测数据的安全性，防止第三方截获或利用这些信息，根据再入遥测系统对加密算法实时、高效的需求，设计一种基于密钥后向同步的加解密技术实现方案。该方案使用钟控密钥流生成器模型，采用一次一密的加密形式。 4.研究再入遥测系统硬件收发信机的研制现状，根据再入遥测信道的特性，提出PCM/FM再入遥测系统硬件平台的实现方案。该方案采用FPGA思想实现，包含加解密模块，信道编译码模块，滤波器模块，FM调制解调模块等。本文给出了通信发送端即再入遥测中频发射机的FPGA详细实现过程，并在系统中测试加解密技术实现方案的可行性。