Μελέτη, Προσομοίωση Και Υλοποίηση Πομποδέκτη Κωδίκων Ldpc Σε Xilinx Fpga Για Εφαρμογές Ασύρματων Επικοινωνιών

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τεχνικών κωδικοποίησης διαύλου που χρησιμοποιούνται στις ψηφιακές επικοινωνίες και των υλοποιήσεών τους. Εξαιτίας του θορύβου στον οποίο είναι εκτεθειμένες οι επικοινωνίες, και ο οποίος μπορεί να εισάγει σφάλματα στα μηνύματα που μεταδίδονται από τον πομπό στο δέκτη, οι τεχνικές αυτές περιλαμβάνουν τρόπους ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων που επιτρέπουν την ανακατασκευή των αρχικών δεδομένων. Οι κώδικες LDPC (Low-Density Parity-Check) συμπεριλαμβάνονται στους πιο δυνατούς γραμμικούς κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων, καθώς επιτρέπουν επιδόσεις κοντά στο όριο της χωρητικότητας του καναλιού. Για το λόγο αυτό είναι πολύ διαδεδομένοι και αρκετά καινούρια πρότυπα ψηφιακών επικοινωνιών βασίζονται σε αυτούς, όπως το πρόσφατο πρωτόκολλο DVB-S2 για τις δορυφορικές μεταδόσεις της ψηφιακής τηλεόρασης. Η αποκωδικοποίηση των κωδίκων LDPC είναι μια επαναληπτική διαδικασία που χρησιμοποιεί τον αλγόριθμο belief-propagation, ο οποίος είναι μια τεχνική μετάδοσης μηνυμάτων πραγματικών τιμών ανάμεσα στις ακμές ενός γράφου του κώδικα. Eπειδή υλοποιήσεις υψηλής πολυπλοκότητας και λειτουργία υψηλής κατανάλωσης αντίκεινται στους αποκωδικοποιητές υψηλής ταχύτητας, προτείνονται επιπλέον μερικές απλοποιήσεις και βελτιστοποιήσεις. Τέσσερις διαφορετικές τεχνικές δοκιμάστηκαν για την επίδοσή τους σε κανάλια θορύβου έπειτα από την προσομοίωσή τους με μηνύματα διαμορφωμένα κατά Binary Phase-shift keying (BPSK) και μεταδιδόμενα μέσω καναλιών λευκού αθροιστικού θορύβου (AWGN), Rician και Rayleigh fading. Στο τελευταίο στάδιο, η τεχνική με την καλύτερη αναλογία επίδοσης προς πολυπλοκότητα επιλέχθηκε για την υλοποίηση ενός LDPC πομποδέκτη σε ένα FPGA της οικογένειας Spartan-3E της Xilinx. Το τελικό σχέδιο αναλύεται λεπτομερώς, περιγράφοντας τα συστατικά του και τη λειτουργία τους, ενώ στο τέλος σχολιάζεται το ποσοστό χρησιμοποίησης του υλικού της πλατφόρμας που απαιτείται.