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Turbo碼和LDPC碼哪個(gè)性能更好?

2021-07-14 08:57 作者:余網(wǎng)優(yōu)化  | 我要投稿

LDPC碼能被選中在eMMB數(shù)據(jù)信道中使用,主要是LDPC碼在NR中的靈活性,如可變碼長(zhǎng)、不同碼率以及IR-HARQ。以下是LG公司提出的LDPC架構(gòu)和性能數(shù)據(jù)比較。

QC-LDPC碼保證了簡(jiǎn)單而并行的編解碼。用奇偶校驗(yàn)矩陣H來描述QC-LDPC碼,它由少量的QxQ方陣組成,QxQ方陣可以是零矩陣,也可以是循環(huán)置換矩陣(CPM:Circulant Permutation Matrix)。利用QxQ單位矩陣的左、右循環(huán)移位矩陣對(duì)CPM進(jìn)行辨識(shí)。

下圖提出的LDPC碼的H矩陣的結(jié)構(gòu)。它與高速率碼(類似QC-IRA)和單奇偶校驗(yàn)碼(SPC:Single Parity Check)串行級(jí)聯(lián),這是多邊緣LDPC碼的典型形式之一。多邊緣LDPC碼有兩個(gè)主要特點(diǎn)。一種是具有多個(gè)1階可變節(jié)點(diǎn),這將有利于降低碼率。另一種是在信息部分總是屏蔽節(jié)點(diǎn)(不傳輸),第一個(gè)Q列(灰色)。矩陣形式如下:

其中A表示高速率碼的矩陣,O表示全零矩陣,C和I表示SPC碼的矩陣。圖1顯示了我們提出的LDPC碼的概念結(jié)構(gòu)。

QC-IRA like的部分進(jìn)行LDPC碼并行編碼,其中奇偶校驗(yàn)部分由具有階3變量節(jié)點(diǎn)的Q列(在本例中,最后的Q列)和用于另一個(gè)的階2變量節(jié)點(diǎn)組成。由于SPC碼具有1階可變節(jié)點(diǎn),所提出的LDPC碼可以很容易地支持低碼率以及HARQ的增量冗余(IR:incremental redundancy)。

其中Q是新的lifting-size,是H矩陣的第i行、第j列索引。

在實(shí)際中,傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)是根據(jù)可用的物理資源來確定的,因此它應(yīng)該能夠生成任意的碼速率,稱為速率匹配。為了調(diào)整任意碼速率,縮短或穿孔是必要的。通過縮短信息量,可以降低編碼速率,通過穿孔也可以提高編碼速率。采用縮短和穿孔兩種方法可以根據(jù)可用的物理資源來調(diào)整任意的碼速率。如果LDPC編碼的比特小于可用的物理資源,則重復(fù)方案將用于速率匹配,從而再次傳輸先前傳輸?shù)谋忍亍?/span>

LG提出了從LDPC信息部分的末端進(jìn)行縮短和從LDPC奇偶校驗(yàn)部分的末端進(jìn)行穿孔。

在這里,矩陣A和C描述如下,O和I分別是零矩陣、單位矩陣。A和C矩陣的第一個(gè)Q列總是被屏蔽(不傳輸)。

?lifting-size根據(jù)具體代碼長(zhǎng)度調(diào)整如下表。

支持新Q??lifting-size的新HQ矩陣可由上式計(jì)算,式中表示已知矩陣H的(i,j)Q?x Q-CPM的移位值。下面提供了H的具體矩陣,即A和C。

高速編碼: A =?

單奇偶校驗(yàn)碼信息部分: C =

信道編碼支持的IR-HARQ是可靠傳輸?shù)谋匾獥l件。隨著重傳的進(jìn)行,IR-HARQ可以降低碼率,從而實(shí)現(xiàn)比第一次傳輸更健壯的數(shù)據(jù)傳輸。為了滿足這些要求,單信道編碼需要覆蓋廣泛的碼率。提出了SPC碼的奇偶擴(kuò)展技術(shù),即從高速率部分開始第一次傳輸,對(duì)低速率部分進(jìn)行奇偶擴(kuò)展作為下一次傳輸。圖2顯示了IR-HARQ的示例。在第一次傳輸時(shí),傳輸高碼速率碼。如果高碼率部分的解碼失敗,則傳輸穿孔奇偶校驗(yàn)位(圖2中的第二次傳輸),通過與第一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)相結(jié)合,使整個(gè)碼率降低。如果沒有穿孔奇偶校驗(yàn)位,則再次傳輸先前傳輸?shù)奈弧?/span>

但是,NR系統(tǒng)為什么不繼續(xù)使用Trubo碼呢?下表是兩者編碼方式的性能對(duì)比,表1給出了兩者模擬的參數(shù)。

隨著碼率的降低,LDPC的性能在SPA和MSA之間表現(xiàn)出較大的差距,在1/3碼率時(shí),差距可達(dá)2db。懷疑在任何簡(jiǎn)化的HW解碼器中使用諸如MSA之類的高SNR近似會(huì)在較低的工作SNR下惡化LDPC性能。

Turbo碼和LDPC碼的幾個(gè)實(shí)現(xiàn)結(jié)果總結(jié)如表2。為了公平比較,表2中的面積和效能應(yīng)該按比例縮放,因?yàn)榻獯a器是使用不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

圖1顯示了802.11ad LDPC解碼器具有最佳性能。802.11ad LDPC解碼器的面積效率和能量效率分別是完全并行turbo解碼器的8.17倍和16.1倍。在這種情況下,Turbo解碼器分別覆蓋從0.33到0.93的碼率和從48比特到6144比特的信息塊大小。另一方面,802.11ad LDPC僅覆蓋4種碼速率(1/2、5/8、3/4、13/16)和4種信息塊大?。?36、420、504、546)。因此,注意到turbo碼比802.11ad LDPC碼具有更高的靈活性階。

接下來,比較了LTE-Turbo碼和LDPC碼在不同參數(shù)下的譯碼復(fù)雜度,例如1/3碼率Turbo碼和1/2碼率LDPC碼,目標(biāo)吞吐量20Gbps。這些LDPC碼被認(rèn)為是部分?jǐn)U展的LDPC碼。

在表3中,給出了表4中802.11ad LDPC的縮放結(jié)果,僅縮放20Gbps。

在表5中,給出了DVB-S2 LDPC的縮放結(jié)果,其中58320信息塊大小縮放20Gbps,6144信息塊大小縮放。支持64800和16200碼字大小的LDPC解碼器具有相同的功耗和面積。

結(jié)論是,在某些情況下,部分?jǐn)U展LDPC解碼器在某些情況下比Turbo解碼器做得更好,例如在DVB-S2(58320信息大?。┑那闆r下,LDPC解碼器在使用大帶寬(=大塊大小和高編碼率)時(shí),在能量效率方面比3GPP Turbo解碼器更有效。


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