面向 3GPP 5G NR、IEEE 802.11n 与 CCSDS AR4JA 的分层与折叠准循环 LDPC 译码器: 由同一个参数化架构生成,每种配置都逐比特验证,并在同款芯片上与商用参考 IP 正面比对时序。
旗舰配置(基矩阵 BG2,提升因子 384,K = 3840)在商用参考 IP 公布数据 所用的同级 AMD Kintex UltraScale+ 器件上完成布局布线。以下数据全部来自 Vivado 时序总结与资源利用率报告。
5G NR 标准定义了两种基矩阵和 51 种提升因子。 因为译码器由参数化生成器产出,我们端到端地重新生成并实现了 20 种不同配置:
| 20 种自动生成配置的结果 | 数值 | 来源 |
|---|---|---|
| 追平或超过商用 IP 459 MHz 主频的配置数 | 19 / 20 | 逐配置 Vivado 布局布线 实测 |
| 相对商用 IP 的主频中位数 | 1.03× | Vivado 时序总结 实测 |
| 最快配置 | 566 MHz | Vivado 时序总结 实测 |
| 最慢配置(基矩阵最稠密,布线拥塞) | 408 MHz | 照实公布。我们连失手也公开 实测 |
公平对比说明:商用 IP 是运行时可重配置的多标准核;我们的核是按配置 特化的网表,而这正是生成器让"特化"变得经济的原因。吞吐与迭代次数有关:提前终止的数据 在工作信噪比下给出;固定迭代次数的同口径对比数据可在数据手册中索取。
深空链路对每一帧只有一次机会:跨行星距离没有重传,译码器必须一次就对, 而且要一直跑下去。下面这个版本是我们的评估孪生实现:它以标量模式逐模块对照 MathWorks CCSDS LDPC 译码器模块,因此可以和一个公认的参考实现直接比对,正确性也能逐行审查。 代价是吞吐:它比我们为高速率链路提供的折叠配置要慢。它同时也是我们真正带到板卡上的那一版, 所以我们公布的是它的数据。
在固定 8 次迭代下由接口锁步实测:每一种配置的第一个输出比特 都精确落在预测的那一拍上。这里是评估孪生实现在标量模式下的数据。 折叠的产品配置每周期处理多条通道,相应更快;请直接向我们索取你目标器件上的数据,不要用这张表去外推。
| 配置 | 发送比特数 | 每次迭代周期数 | 整帧时延(周期) | 每信息比特周期数 |
|---|---|---|---|---|
| k = 1024,码率 1/2 | 2048 | 252 | 5,097 | 4.98 |
| k = 1024,码率 2/3 | 1536 | 316 | 5,097 | 4.98 |
| k = 1024,码率 4/5 | 1280 | 444 | 5,865 | 5.73 |
| k = 4096,码率 1/2 | 8192 | 1240 | 22,217 | 5.42 |
| k = 4096,码率 2/3 | 6144 | 844 | 17,001 | 4.15 |
| k = 4096,码率 4/5 | 5120 | 444 | 12,777 | 3.12 |
| k = 16384,码率 1/2 | 32768 | 4960 | 88,841 | 5.42 |
| k = 16384,码率 2/3 | 24576 | 3376 | 67,977 | 4.15 |
| k = 16384,码率 4/5 | 20480 | 2584 | 57,545 | 3.51 |
固定 8 次迭代、不开提前终止,所以这是最坏情况而不是最好情况。 基于校验子的提前终止也是支持的,在工作信噪比下能把平均迭代次数降下来。 这个孪生实现在 ZCU102(xczu9eg)上以 208.3 MHz 约束收敛,布局布线后 WNS +0.091 ns; 我们不公布它在这颗 RFSoC 上的主频,因为我们在该器件上的构建没有在同一约束下收敛。 折叠产品配置在你目标器件上的主频与资源数据按配置单独产出。 我们只公布实测过的数字,并注明是在哪颗器件上测的。
板上留存的真实数据:每一帧、每一种配置、逐比特比对结果和误码率曲线,不需要任何硬件。
分层归一化最小和译码,校验子提前终止。黄金模型与 MATLAB 5G Toolbox 编译码在 7 种配置、40 次试验下逐比特交叉验证。
CCSDS 131.0-B-3 的九个 AR4JA 码点:信息块长 1024、4096、16384 比特, 每种块长各配 1/2、2/3、4/5 三种码率。折叠配置在并行度与面积之间取舍,面向高速率或功耗受限的平台; 而我们在真实硅片上逐比特验证的,是对照 MathWorks 参考模块的标量评估孪生实现,九个码点全覆盖。
连续流式译码器,码字一个接一个进入,帧间零间隔。它是整个家族的架构模板。
需要其他标准、码率或块长?新配置几天内即可 生成并重新验证。参见 IP 定制服务。
在交互式工程报告中完整了解 5G NR 译码器的架构、验证链与时序收敛全过程。