FPGA上优化的SCL极化码译码设计与性能提升

"基于FPGA的SCL译码算法优化与设计" 本文主要探讨了如何在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上优化和设计极化码的SCL（Successive Cancellation List）译码算法，以提高通信系统的效率。极化码，自2008年由Arikan提出以来，因其在二进制离散无记忆信道中的理论性能优势，逐渐在通信领域受到关注。它的核心思想是通过信道结合与拆分来实现信道极化，从而利用“好”信道进行高效数据传输。 传统的SC译码算法虽然简单，但由于其串行处理方式导致译码效率较低。为解决这一问题，SCL译码算法应运而生，它引入列表机制，实现了在复杂度和性能之间的平衡，提高了译码性能。然而，即便如此，SCL算法在软件实现时仍受限于CPU的串行处理模式，限制了整体速度。 在FPGA上实现SCL译码可以充分利用其并行处理能力，显著提升译码速度。文章详细介绍了SCL译码算法，并对其进行了优化，旨在降低资源消耗的同时提高效率。此外，作者还针对FPGA环境对算法进行了定点量化改进，这是为了适应硬件实现的特殊需求，通常包括将浮点运算转换为定点运算，以减小硬件资源占用。 实验结果显示，优化后的SCL译码器在码长为512时，能够达到143.988 MHz的最高译码频率，对应吞吐率为28.79 Mb/s。这一成果表明，该译码器在实际工程应用中具有较高的价值，能够有效提升通信系统的数据处理速度和效率。 总结起来，本文的研究主要贡献在于以下几个方面： 1. 对极化码的SCL译码算法进行了深入研究，优化了其效率，降低了资源消耗。 2. 针对FPGA平台的特点，对SCL译码算法进行了定点量化改进，以便更好地适应硬件实现。 3. 通过硬件仿真和实际FPGA（如Xilinx VC707开发板）上的实现，验证了优化算法的性能，证明了其在通信系统中的实用性。 这一工作不仅对极化码的硬件实现提供了有价值的参考，也为未来类似高速、低延迟的通信系统设计提供了新的思路和技术支持。