快速BiCS解码与并行硬件设计优化

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本文主要探讨了二进制输入压缩感测(Binary-Input Compressive Sensing,BiCS)在无线通信中的应用,特别是在实现无缝速率自适应的调制编码方案中。相比于传统的使用逻辑或(XOR)操作生成二进制符号的通道编码,BiCS通过加权和运算产生多级符号,这提供了更高效的信息处理能力。然而,BiCS的解码过程涉及到计算概率函数的卷积,这是一项复杂的任务,导致其在实际应用中遇到高解码复杂度的问题。 为了克服这一挑战,研究者提出了一个快速的BiCS解码算法。算法的核心在于建立查找表,通过这些表,将概率函数的卷积转换成多项式形式,显著减少了计算量。具体来说,通过利用对数似然比作为消息传递解码中的信息,作者开发了一种近似计算方法,从而实现了快速解码。这种方法极大地降低了乘法操作的需求,理论上可以减少近90%的计算负担。 此外,文章还关注了硬件设计方面的改进。为了减少内存冲突并提高并行性,研究者提出了多级循环移位策略来生成压缩感测(Compressive Sensing, CS)的测量矩阵。在硬件实现上,采用了水平单元处理器,结合建议的表格设计,使得迭代计算更加高效。最终,作者的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)设计实现了与现代无线网络通信速率相当的解码速度。 本文的主要贡献在于提出了一种有效降低BiCS解码复杂性的算法以及相应的硬件优化,这对于推动这项技术在无线通信领域中的实际应用具有重要意义。通过减少计算负载和提升硬件效率,BiCS有望在未来的无线通信系统中发挥更大的作用,实现更高数据传输速率和更低能耗的无缝速率适应。