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星地高速数传系统低复杂度可重构LDPC编码器设计

康婧 安军社 王冰冰

康婧, 安军社, 王冰冰. 星地高速数传系统低复杂度可重构LDPC编码器设计[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(12): 3727-3734. doi: 10.11999/JEIT200118
引用本文: 康婧, 安军社, 王冰冰. 星地高速数传系统低复杂度可重构LDPC编码器设计[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(12): 3727-3734. doi: 10.11999/JEIT200118
Jing KANG, Junshe AN, Bingbing WANG. Low Complexity and Reconfigurable LDPC Encoder for High-speed Satellite-to-ground Data Transmissions[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(12): 3727-3734. doi: 10.11999/JEIT200118
Citation: Jing KANG, Junshe AN, Bingbing WANG. Low Complexity and Reconfigurable LDPC Encoder for High-speed Satellite-to-ground Data Transmissions[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(12): 3727-3734. doi: 10.11999/JEIT200118

星地高速数传系统低复杂度可重构LDPC编码器设计

doi: 10.11999/JEIT200118
基金项目: 中国科学院空间科学先导卫星专项(XDA15320100)
详细信息
    作者简介:

    康婧:女,1993年生,博士生,研究方向为数字通信、信道编译码技术及大规模集成电路设计

    安军社:男,1969年生,研究员,研究方向为空间综合电子技术

    王冰冰:男,1996年生,硕士生,研究方向为信道编译码技术

    通讯作者:

    康婧 k_naive@163.com

  • 中图分类号: TN911.22

Low Complexity and Reconfigurable LDPC Encoder for High-speed Satellite-to-ground Data Transmissions

Funds: The Space Science Leading Satellite Project, Chinese Academy of Sciences(XDA15320100)
  • 摘要: 为满足近地轨道(LEO)卫星星地高速数传系统对高通量、低复杂度、高可靠性信道编码的应用需求,该文提出一种基于国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)近地卫星通信标准低密度奇偶校验(LDPC)码的低复杂度可重构编码器设计实现方案。通过对输入信息比特插0处理和拆分循环矩阵,并分析不同并行度编码的结构特点,实现了可重构编码方案,提高了编码器的灵活性和编码数据吞吐率;采用优化的移位寄存器累加单元,降低了编码器的整体硬件资源规模。在Xilinx FPGA上对提出的编码器进行了实现,结果表明,在125 MHz系统工作时钟下,编码数据吞吐率最高可达1 Gbps,归一化编码数据吞吐率与其它文献并行度相近的编码器相比提高了17.1%,其寄存器资源和查找表资源与相同平台已有方案相比分别降低了13.7%和14.8%。
  • 图  1  低复杂度可重构LDPC编码器

    图  2  低复杂度可重构LDPC编码器工作流程

    图  3  SRAA单元

    图  4  OpSRAA单元

    图  5  测试场景与测试结果

    表  1  SRAA和OpSRAA资源对比

    寄存器二输入异或门二输入与门
    SRAA$511 \times 2$511511
    OpSRAA$511 \times 2$5110
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    表  2  不同文献编码器对比

    文献[8]文献[11]文献[12]本文
    FPGA型号xc4vlx80-12ff1148xc6vlx240t-1ff1156xc7k325-2tffg900xc4vlx80-12ff1148
    编码并行度27982, 4, 8
    Slices Registers1432645394593312357
    Slices LUT's2557267416503521791
    IOBs11123719
    GCLKs111
    Block RAM/FIFO(kbit)36025924
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    表  3  本文编码器吞吐率

    编码并行度$M$${t_{{\rm{cycle}}}}$T(Mbps)编码延时(ms)
    24096259.2931.59
    42048517.5815.83
    810241031.147.94
    注:编码延时=n/T,为待编码数据进入编码器到编码完成所需时间。
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    表  4  不同文献归一化编码器吞吐率对比

    文献[8]文献[11]文献[12]本文
    系统时钟(MHz)193150100125
    编码并行度M27988
    T(Mbps)38610258001000
    T/${f_{{\rm{clk}}}}$2.006.838.008.00
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-21
  • 修回日期:  2021-06-07
  • 网络出版日期:  2021-07-12
  • 刊出日期:  2021-12-21

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