Turbo Coding: Hardware Acceleration of an EGPRS-2 Turbo Decoder on an FPGA
Author
Kjeldsen, Jesper
Term
10. term
Education
Publication year
2009
Abstract
Denne afhandling præsenterer en hardwareimplementering af en turbo-dekoder til EGPRS-2 baseret på soft-output Viterbi-algoritmen (SOVA). EGPRS-2 er den anden udvikling af GPRS, en standard for trådløs datatransmission over GSM-mobilnettet. For at vælge en opgave med høj kompleksitet gennemgår vi de EGPRS-2-teknikker, der forbedrer Quality of Service, og fokuserer på turbo-kodning. Vi analyserer encoder- og decoder-strukturer og profilerer en eksisterende SOVA-dekoder i Matlab. Profileringen afslører en flaskehals, der står for ca. 70 % af den samlede køretid. Denne flaskehals redesignes som en Finite State Machine with Datapath (FSMD), en hardwarearkitektur der kombinerer styring og databehandling, hvor datapath fastlægges via omkostningsoptimering, og der tilføjes pipelining for at øge gennemløbet. Med XILINX Virtex-5 som hardware-reference estimerer vi en faktor 1277 hastighedsforbedring i forhold til Matlab-versionen og viser, at designet kan håndtere EGPRS-2’s maksimale datahastighed på 2 Mbit/s. Arbejdet er udført i samarbejde med Rohde & Schwarz Technology Center A/S.
This thesis presents a hardware implementation of a turbo decoder for EGPRS-2 using the soft-output Viterbi algorithm (SOVA). EGPRS-2 is the second evolution of GPRS, a standard for wireless data transmission over the GSM mobile network. To select a demanding target, we review EGPRS-2 techniques that improve Quality of Service and focus on turbo coding. We analyze encoder and decoder structures and profile an existing Matlab SOVA decoder. Profiling reveals a bottleneck that accounts for about 70% of total runtime. We redesign this bottleneck as a Finite State Machine with Datapath (FSMD), a hardware design that combines control and data processing, selecting the datapath through cost optimization and adding pipelining to increase throughput. Using XILINX Virtex-5 as a hardware reference, we estimate a 1,277× speedup over the Matlab version and show that the design can meet the maximum EGPRS-2 data rate of 2 Mbit/s. The work was carried out in collaboration with Rohde & Schwarz Technology Center A/S.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents