802.11n系统LDPC编解码的实现研究

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为了形成在802.11n系统编解码领域的自主知识产权IP核,本文重点研究了如何设计一个低功耗、小面积、高吞吐量、低延迟的LDPC编解码硬核IP。   本文在介绍802.11n物理层规范的基础上,对基带芯片的系统架构进行了简要介绍。随后,本文对LDPC编解码进行了算法仿真、硬件设计、硬核实现,最终形成了自主开发的编解码IP硬核。根据低功耗、小面积、高吞吐量、低延迟的目标,完成的主要工作如下:⑴对802.11n系统的物理层进行简要分析,把握物理层过程及物理层需求。⑵对芯片架构进行了简要分析,给出一种可用于实现的基带芯片架构。⑶对LDPC编解码进行算法仿真。编码利用Richardson的LDPC编码方法结合802.11n系统的特定结构进行了仿真,解码使用归一化最小和与行层间迭代相结合的方法进行解码仿真。同时还对编解码硬件实现的复杂度进行了进一步分析。⑷选择合理的硬件设计架构,用verilog HDL对LDPC编解码进行了硬件设计。本文中的硬件设计具有以下特点:1)、小面积,编解码均采用部分并行结构,分时复用硬件单元;2)、低功耗,采用当前流行的低功耗技术,有效遏制功耗;3)、高吞吐、低延迟,采用较高的工作时钟,选择恰当的并行度,实现高吞吐量和低延迟。随后,使用VCS工具进行了硬件仿真,并进行了代码覆盖率的检查。⑸按照IP硬核的实现流程,对本文的硬件设计进行了硬核实现。首先,进行代码规则的检查,采用当前成熟的TSMC40 LP工艺进行逻辑综合、插入扫描链、布局布线、时钟树综合等流程。同时,利用形式验证工具对流程中每一步进行功能验证,利用静态时序分析工具进行时序分析;随后,进行了可制造性规则等检查。本文最终得到了一个面积为0.56107 mm2,功耗为101.3mW左右,编码延迟在0.41~2.23us之间,解码延迟在2.03~5.36us之间,编码的吞吐量最大可达1Gbps,解码在20次迭代下的吞吐量最大可达789Mbps的硬核IP。本文为实现具有自主知识产权的IP核以及今后研究更加复杂的系统奠定了基础。
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