Η διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη της κωδικοποίησης για κώδικες LDPC. Στα πλαίσιά της, θα μελετηθούν τα προβλήματα και η πολυπλοκότητα κωδικοποίησης συναρτήσει του μήκους της κωδικής λέξης. Έμφαση θα δοθεί σε εφαρμογές με μεγάλο μήκος κωδικής λέξης όπως εκείνες που χρησιμοποιούνται σε νέες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές, όπως δορυφορικό Digital Video Broadcast (DVB) DVB-S2, IEEE 802.3an (10GBASE-T) και IEEE 802.16(WiMAX). Σε τέτοιες εφαρμογές όπου η κωδική λέξη μπορεί να έχει μήκος αρκετά μεγαλύτερο των 1000 bits, η πολυπλοκότητα κωδικοποίησης είναι σημαντική. Αυτό συμβαίνει διότι απαιτούνται μεγάλες σε μέγεθος μνήμες για την αποθήκευση του Πίνακα Έλεγχου Ισοτιμίας (Parity-check Matrix H), πολύ μεγάλη χρονική επεξεργαστική πολυπλοκότητα O(n^2) αλλά και πολλά επεξεργαστικά στοιχεία τάξης Ο(n^2). Ο σκοπός λοιπόν είναι να μελετηθούν οι αλγόριθμοι κωδικοποίησης και να μελετηθεί πώς μπορεί να αξιοποιηθεί η αραιότητα του Πίνακα Έλεγχου Ισοτιμίας έτσι ώστε να επιτευχθεί κατά το δυνατόν γραμμική πολυπλοκότητα O(n) κωδικοποίησης. Στη συνέχεια, αφού αναπτυχθεί η κατάλληλη μέθοδος κωδικοποίησης, θα ακολουθήσει η μελέτη και ο σχεδιασμός μίας βέλτιστης VLSI αρχιτεκτονικής για την υλοποίηση σε υλικό του LDPC κωδικοποιητή, ώστε να ικανοποιεί και άλλα πρακτικά κριτήρια, με έμφαση στη μείωση της καθυστέρησης και της απαιτούμενης επιφάνειας. Θα αναπτυχθεί επίσης μια κατάλληλη αρχιτεκτονική για διάφορους βαθμούς παραλληλίας του κωδικοποιητή. / An LDPC code is a linear block code specified by a very sparse parity check matrix (PCM). LDPC codes are usually represented by a bi-partite graph in which a variable node corresponds to a ’coded bit’ or a PCM column, and a check node corresponds to a parity check equation or a PCM row. There is an edge between each pair of nodes if there is a ’one’ in the corresponding PCM entry. In a general analysis an (n, k) LDPC code has k information bits and n coded bits with code rate r = k/n. An important issue in the implementation of LDPC-code based forward error correction systems is the encoding of LDPC codes. Generally, LDPC codes cannot have the simple encoding structures based on of shift registers as in the case of convolutional, turbo codes, or cyclic block codes. However, general LDPC codes do not fall in this category. Except QC-cyclic LDPC codes, most efficient LDPC codes, especially irregular LDPC codes are hard to encode with the idea of shift registers. A straightforward way is to derive a systematic generator matrix from a PCM, and then to encode LDPC code systematically with the generator matrix. This can work for every LDPC code in theory, but practically it is a very bad idea because it has high complexity, as the generator matrix derived from parity-check matrix is not sparse contrasted to the PCM. Generator matrix can be very dense matrix. The objective is to utilize the sparseness to achieve LDPC encoding in linear time. This Master’s thesis presents a flexible encoder architecture using QC-cyclic LDPC codes and efficient two-step encoding algorithm in order to achieve linear time encoding. The particular approach considers several VLSI design issues of LDPC encoder. In particular efficient approaches are presented for reducing memory requirements, for reducing hardware complexity, and increasing the speed and throughput of LDPC encoding. The proposed structure is also generic and scalable, supporting multiple configurations, in terms of bits per symbol and code rate. A generic scalable processing unit is also presented. It supports LDPC codes that define parity check matrix as a combination of identity matrix, shifted identity matrix and all-zero matrix (QC-cyclic LDPC codes). The particular LDPC encoder architecture is synthesized and experimental results are reported.

Στη σύγχρονη εποχή η ανάγκη για αξιοπιστία των δεδομένων στις νέες τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές έχει οδηγήσει στη ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των λεγόμενων κωδικών διόρθωσης λαθών. Πρόκειται για συστήματα που έχουν την δυνατότητα ανίχνευσης και διόρθωσης λαθών που εισέρχονται σε τμήμα της πληροφορίας που μεταφέρεται μέσω τηλεπικοινωνιακών κυρίως δικτύων λόγω του θορύβου από το περιβάλλον και πιο συγκεκριμένα από το κανάλι μετάδοσης. Υπάρχουν αρκετές κατηγορίες από τέτοιους κώδικες διόρθωσης ανάλογα της δομής και της φύσης των αλγορίθμων που χρησιμοποιούν. Οι δύο κυριότερες κατηγορίες είναι οι συνελικτικοί κώδικες και οι γραμμικοί μπλοκ κώδικες με τους οποίους θα ασχοληθούμε.Οι δύο κώδικες που θα χρησιμοποιηθούν στα πλαίσια αυτής της εργασίας είναι οι κώδικες LDPC και οι BCH. Ανήκουν και οι δυο στους γραμμικούς μπλοκ κώδικες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί αρχικά ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός παραμετρικού συστήματος κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης για δυαδικούς BCH κώδικες διαφόρων μεγεθών. Εκτός της παραμετροποίησης έμφαση δόθηκε στην χαμηλή πολυπλοκότητα του συστήματος, στον υψηλό ρυθμό επεξεργασίας και στην δυνατότητα χρήσης shortening. Σε δεύτερη φάση πραγματοποιήθηκε σύνδεση μεταξύ, του παραπάνω κώδικα BCH, με έναν έτοιμο κώδικα LDPC και ένα κανάλι λευκού προσθετικού θορύβου (AWGN) που σχεδιάστηκαν στα πλαίσια άλλων διπλωματικών εργασιών με τελικό αποτέλεσμα την μελέτη της συμπεριφοράς του συνολικού συστήματος σε θέματα διόρθωσης λαθών και πιο συγκεκριμένα στην μείωση του φαινομένου του error-floor που παρατηρείται στον LDPC κώδικα. Επιπλέον μελετήθηκε η απαίτηση του συστήματος σε πόρους καθώς και ο ρυθμός επεξεργασίας που επιτυγχάνεται. Οι κύριες παράμετροι του κώδικα BCH που μπορούν να μεταβληθούν είναι το μέγεθος της κωδικής λέξης και η διορθωτική ικανότητα που επιτυγχάνεται. / -