5G New Radio (NR) has stringent demands on both performance and complexity for the design of low-density parity-check (LDPC) decoding algorithms and corresponding VLSI implementations. Furthermore, decoders must fully support the wide range of all 5G NR blocklengths and code rates, which is a significant challenge. In this paper, we present a high-performance and low-complexity LDPC decoder, tailor-made to fulfill the 5G requirements. First, to close the gap between belief propagation (BP) decoding and its approximations in hardware, we propose an extension of adjusted min-sum decoding, called generalized adjusted min-sum (GA-MS) decoding. This decoding algorithm flexibly truncates the incoming messages at the check node level and carefully approximates the non-linear functions of BP decoding to balance the error-rate and hardware complexity. Numerical results demonstrate that the proposed fixed-point GAMS has only a minor gap of 0.1 dB compared to floating-point BP under various scenarios of 5G standard specifications. Secondly, we present a fully reconfigurable 5G NR LDPC decoder implementation based on GA-MS decoding. Given that memory occupies a substantial portion of the decoder area, we adopt multiple data compression and approximation techniques to reduce 42.2% of the memory overhead. The corresponding 28nm FD-SOI ASIC decoder has a core area of 1.823 mm2 and operates at 895 MHz. It is compatible with all 5G NR LDPC codes and achieves a peak throughput of 24.42 Gbps and a maximum area efficiency of 13.40 Gbps/mm2 at 4 decoding iterations.


翻译:5G新空口(NR)对低密度奇偶校验(LDPC)译码算法及其相应超大规模集成电路(VLSI)实现的性能和复杂度提出了严苛要求。此外,译码器必须全面支持5G NR所有码长和码率的广泛范围,这是一项重大挑战。本文提出一种专为满足5G需求而定制的高性能、低复杂度LDPC译码器。首先,为缩小置信传播(BP)译码与其硬件近似实现之间的差距,我们提出一种改进型最小和译码的扩展方法,称为广义修正最小和(GA-MS)译码。该算法在校验节点层面灵活截断输入消息,并精心近似BP译码中的非线性函数,以平衡误码率与硬件复杂度。数值结果表明,在5G标准规范的各种场景下,所提出的定点GA-MS译码器与浮点BP译码器相比,性能差距极小(仅0.1 dB)。其次,我们基于GA-MS译码提出一种完全可重构的5G NR LDPC译码器实现方案。鉴于存储器占据译码器芯片面积的大部分,我们采用多种数据压缩与近似技术,将存储器开销降低42.2%。相应的28nm FD-SOI ASIC译码器核心面积为1.823 mm²,工作频率为895 MHz。该译码器兼容所有5G NR LDPC码,在4次迭代译码时峰值吞吐量达24.42 Gbps,最大面积效率为13.40 Gbps/mm²。

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