基于多核架构的LDPC码的研究与实现

• 作 者: 杨剑飞
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 多核多线程 LDPC OpenMP 增量最小和算法 同步

高速通信领域的扩张对通信的速率提出了更高地要求,多核架构的蓬勃发展以及逐渐成熟的并行计算模型和多线程技术在近年来受到的关注度越来越高。本文基于多核平台架构,建立了并行计算模型,并利用多核多线程相关的关键技术,研究并实现了该架构下的LDPC(Low-Density Parity-Check,低密度奇偶校验码)编译码系统。对于多核平台并行计算模型的建立,本文具体描述了 OpenMP并行计算模型的实现机制及其与多线程编程同步技术的综合使用,并仿真对比出多核架构下并行模型的性能。对于LDPC编译码技术,本文沿用IEEE 802.16e标准的1/2码率,扩展因子为64的LDPC码,对传统的编译码算法进行了优化和改进。在编码算法上,分析了基于核心DFS(Depth-First-Search,深度优先搜索)算法的快速编码算法,改进为尾递归快速编码算法;在译码算法上,深入探讨了基于BP(Error Back Propagation,误差反向传播)算法的最小和算法,并提出增量最小和算法加快BP算法收敛,对最小和算法进行了优化,而后通过执行时间开销和收敛次数分别验证了编码和译码算法的优化。最后,探讨了 LDPC码在探空通信中的应用,研究了两种解码同步方式,实现并验证了 LDPC信道编码在探空通信中对提升传输有效性的显著作用。对于LDPC编译码系统的实现,本文阐述了 LDPC编译码系统在多核平台下的设计与实现。在新型多核平台下,建立OpenMP并行计算模型,在深入研究平台共享内存机制的基础上,使用多核多线程锁同步机制进行数据同步,调用static调度策略来进行并行域的划分以达到负载均衡,利用多核来进行LDPC编译码算法的计算。基于LDPC编译码在新型多核平台上运行的情况,仿真出LDPC编译码的速率图,达到了预期可以实现的基于核数数量级的速率性能提升,并完成了Mbps级别的LDPC编译码性能指标。