m基于CCSDS标准的LDPC编码器的FPGA实现,包含testbench,码长1024,码率0.5

简介: 在Vivado 2019.2中进行的LDPC码仿真展示了算法的良好效果。LDPC码是一种1962年由Gallager提出的稀疏校验矩阵线性分组码,利用Tanner图表示编码解码结构。CCSDS标准定义的LDPC(1024,512)码具有准循环结构,适用于空间通信,其编码通过填充信息比特和校验节点的线性组合实现。Verilog代码示例展示了TEST_encoder_top模块,用于控制LDPC编码过程,包括时钟、复位信号处理和中间数据读取。

1.算法仿真效果
vivado2019.2仿真结果如下:

image.png

2.算法涉及理论知识概要
LDPC码是一种具有稀疏校验矩阵的线性分组码,由Robert G. Gallager在1962年首次提出。它利用图论中的 Tanner 图来表示其编解码结构,其中节点分为变量节点和校验节点。变量节点对应于消息比特,而校验节点则对应于对变量节点的线性约束。对于码长为N、码率为R的LDPC码,其编码过程可以通过以下步骤实现:

9f06d54ac903bfdebdd9b11525171a57_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

   CCSDS标准定义了一套适用于空间通信系统的LDPC编码方案,该方案规定了特定的校验矩阵结构和编码流程。对于CCSDS-LDPC(1024,512)码,其特点是使用准循环结构,确保了良好的纠错性能和较低的实现复杂度。

   在实际编码过程中,CCSDS LDPC编码器通常采用一种高效的硬件友好的编码算法,例如累积和编码(Accumulate-Repeat-Jagged-Edge,ARJ)或其他适合于准循环结构的算法。

若已知CCSDS-LDPC(1024,512)码的校验矩阵H,编码过程可以简化为:

1).将信息比特序列按照指定方式填充到一个长度为1024的向量u中;

2).对于每一个校验节点对应的子矩阵块,计算其线性组合,如果结果不符合偶校验条件,则相应地翻转变量节点比特,直至满足所有校验关系。

3.Verilog核心程序
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/04/15 15:00:23
// Design Name:
// Module Name: TEST_encoder_top
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//

module TEST_encoder_top();

reg i_clk;// 时钟信号
reg i_rst;// 复位信号

initial// 初始状态设置
begin
i_clk = 0;// 初始化时钟信号为低电平
i_rst = 0;// 初始化复位信号为低电平

# 20 i_rst = 1;// 20个时间单位后复位信号变为高电平

end

always # 5 i_clk = ~i_clk;// 产生时钟信号,每5个时间单位翻转一次

// 定义中间数据信号
reg xin;
always @ (posedge i_clk or negedge i_rst)// 在时钟上升沿或复位信号有效时更新中间数据
begin
if(!i_rst)
xin <= 1'b0;
else if(count >= 0 && count <= 1023)// 在特定计数值范围内从文件读取数据

#1 $fscanf(fid,"%d",xin);// 延迟1个时间单位后执行文件读取操作

else
xin <= 1'b0;// 计数值超出范围时,中间数据清零
end

wire o_frame;
wire o_encode;

// 实例化LDPC_tops模块
LDPC_tops LDPC_tops0(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_x (xin),
.i_en (enables),

    .o_frame      (o_frame),
    .o_encode     (o_encode)
    );

endmodule
```

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