А.В. Башкиров1, М.В. Хорошайлова2, П.П. Чураков3, Е.В. Турецкая4

1,2,4 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)

3 ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» (г. Пенза, Россия)

Постановка проблемы. Cтруктурированные LDPC-коды, также известные как квазициклические коды с проверкой на четность низкой плотности (QC-LDPC), имеют значительные преимущества по сравнению с другими типами LDPC-кодов с точки зрения аппаратной реализации и отличной производительности исправления ошибок в каналах с шумами. Кроме того, QC-LDPC-коды относительно гибки и могут быть построены с несколькими кодовыми скоростями, разной длиной блока и несколькими размерами подматрицы, что является особенно важным для современных систем мобильной и беспроводной связи. Стандарт связи 5G предлагает гораздо более высокий уровень производительности по сравнению с предыдущими поколениями систем мобильной связи. В таких высокоскоростных системах связи значительная роль отводится прямой коррекции ошибок. Поиск эффективного компромисса между высокими производительностью и пропускной способностью и низкими аппаратной сложностью, стоимостью и энергопотреблением обусловливает сложность аппаратной реализации LDPC-декодера. Поэтому разработка высокопроизводительной архитектуры QC-LDPC-декодера прямой коррекции ошибок небольшой площади для стандартов беспроводной связи 5G является актуальной задачей.

Цель. Разработать архитектуру QC-LDPC-декодера, ориентированного на простоту реализации, высокую пропускную способность и эффективное использование аппаратных ресурсов в соответствии со спецификациями беспроводной связи стандарта 5G.

Результаты. Рассмотрена реализация декодера на основе комбинированного алгоритма декодирования минимальной суммы (CMS), представляющего собой комбинацию алгоритма минимальной суммы смещения и оригинального алгоритма минимальной суммы. Представлена высокопроизводительная многоуровневая конвейерная архитектура QC-LDPC-декодера для мобильного широкополосного доступа для беспроводной связи стандарта 5G на базе алгоритма CMS с конвейерным многоуровневым планированием. Показано, что введенный эффективный поиск минимума для архитектуры блока контрольного узла уменьшает аппаратные ресурсы, необходимые для вычисления первых двух минимумов. Приведена упрощенная архитектура блока обновления апостериорной информации, для работы которой требуется только один массив сумматоров.

Практическая значимость. Предложенная архитектура QC-LDPC-декодера обеспечивает низкую сложность реализации и высокую пропускную способность по сравнению с другими QC-LDPC-архитектурами, работающими по стандартному алгоритму min-sum. Разработанный QC-LDPC-декодер может применяться в приложениях беспроводной связи стандарта 5G.

Башкиров А.В., Хорошайлова М.В., Чураков П.П., Турецкая Е.В. Разработка QC-LDPC-декодера с высокой пропускной способ-ностью для 5G беспроводной радиосвязи // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 7. С. 14-19. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202207-03

1. Хорошайлова М.В. Архитектура канального кодирования на основе ПЛИС для 5G беспроводной сети с использованием высокоуровневого синтеза // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 2. С. 99-105.
2. Poulin D., Chung Yeojin. On the iterative decoding of sparse quantum codes. arXiv:0801.1241. 2008.
3. Yun-Jiang Wang, Barry C Sanders, Bao-ming Bai, and Xin-mei Wang. Enhanced Feedback Iterative Decoding of Sparse Quantum Codes // IEEE Trans. Inf. Theory 58. 2012. Р. 1231–1241.
4. Хорошайлова М.В. Архитектура для стохастических LDPC-декодеров c использованием эффективной площади кристалла на основе ПЛИС // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 1. С. 95-100.
5. Башкиров А.В., Хорошайлова М.В. Алгоритмы низкой сложности декодирования и архитектура для недвоичных низкоплотностных кодов // Радиотехника. 2016. № 6. С. 10-14.
6. Башкиров А.В., Муратов А.В., Хорошайлова М.В., Ситников А.В., Ермаков С.А. Низкоплотностные коды малой мощности декодирования // Радиотехника. 2016. № 5. С. 32-37.