I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1 ,   p p .   4 7 9 4 ~ 4 8 0 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijece . v 1 1 i 6 . pp 4 7 9 4 - 4 8 0 9          4794       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   FP G A im plemen t a tion o LDP C so ft - d ecisio n decode rs ba sed  DCSK  f o r sp read  spectr um a pplica tions       F a dh il S.  H a s a n 1 M a hm o o d F .   M o s leh 2 Ay a   H .   Abdu lha m ee d 3   1, 3 De p a rtme n o C o m p u ter E n g i n e e rin g   Tec h n iq u e s,  M i d d le T e c h n ica Un iv e rsity ,   Ba g h d a d ,   Ira q   2 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   Al - M u sta n sir iy a h   U n iv e rsit y ,   Ba g h d a d ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 3 , 2 0 2 0   R ev is ed   Ap r   2 3 ,   2 0 21   Acc ep ted   Ma y   1 9 ,   2 0 21       S p re a d   s p e c tru m   (S S c o m m u n i c a ti o n h a v e   a tt ra c ted   in tere st  b e c a u se   o th e ir  c h a n n e l   a tt e n u a ti o n   imm u n i ty   a n d   lo w   in terc e p p o ten ti a l.   A p a rt  fr o m   so m e   e x tra  fe a tu re su c h   a b a sic   tran sc e iv e stru c tu re s,  c h a o ti c   c o m m u n ica ti o n   wo u ld   b e   th e   a n a lo g   a lt e rn a ti v e   to   d i g it a l   S S   sy ste m s.  Diffe re n ti a c h a o sh ift   k e y i n g   ( DCSK)  sy ste m s,  n o n - p e rio d ic  a n d   ra n d o m   c h a ra c teristics   a m o n g   c h a o c a rri e rs  a we ll   a th e ir  in tera c ti o n   wit h   so ft  d a ta   a re   d e sig n e d   b a se d   o n   l o w - d e n si ty   p a rit y - c h e c k   (LDP C)  c o d e in   th is  b rief.   Be c a u se   o sim p le  stru c t u re ,   a n d   g l o rio u a b i li ty   to   c o r r e c t   e r r o r s .   U s i n g   t h e   X i l i n x   k i n t e x 7   F P G A   d e v e l o p m e n t   k i t ,   w e   i n v e s t i g a t e   t h e   h a r d w a r e   p e r f o r m a n c e   a n d   r e s o u r c e   r e q u i r e m e n t   t e n d e n c i e s   o f   t h e   D C S K   c o m m u n ica ti o n   sy s tem   b a se d   o n   LD P d e c o d in g   a l g o rit h m ( P ro b .   Do m a in ,   Lo g   D o m a in   a n d   M in - S u m o v e AWG c h a n n e l.   T h e   re su lt in d ica te  th a th e   p r o p o se d   sy st e m   m o d e h a su b sta n ti a imp r o v e m e n ts  in   th e   p e rfo rm a n c e   o th e   b it   e rr o ra te  (BER)  a n d   th e   re a l - ti m e   p ro c e ss .   Th e   M in - S u m   d e c o d e h a re lativ e ly   fe we F P G A   re s o u rc e s th a n   t h e   o t h e d e c o d e rs.   Th e   imp lem e n ted   sy ste m   will   a c h iev e   1 0 - BER  e fficie n c y   with   5   d a ss o c ia te E b /N o   a s a   c o d i n g   g a in .   K ey w o r d s :   DC SK    Har d war C o - s im u latio n   L DPC   So f t d ec is io n   d ec o d er   Xilin x   SG    T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fad h il S.  Hasan   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   Al  Mu s tan s ir iy ah   Un iv er s ity     B ag h d ad ,   I r aq   E m ail:  f ad el_ s ah ib @ u o m u s ta n s ir iy ah . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N   B ein g   wid e - b an d ,   ch ao tic  s ig n als  ar well  s u ited   f o r   co m m u n icatio n   with   th s p r ea d - s p ec tr u m   [ 1 ] .   Am o n g   th e   p r o p o s ed   d ig ital  s ch em es,  th m o s co m p r eh e n s iv r esear ch   was  o n   ch ao s   s h if k ey in g   ( C SK)   an d   d if f er en tial  C SK  ( DC SK)   [ 2 ] .   T h f o r m er   was  o r ig in ally   in tr o d u ce d   f o r   s u ch   co h e r en i m p lem en tatio n   [ 3 ] ,   r eq u ir in g   s y n ch r o n ized   r ep lic as  o f   th ch ao tic  b ase  f u n ctio n s   at  th r ec eiv er .   T h is   r eq u ir e m en h as  s till   n o t   b ee n   p r o v ed   p r ac tical,   th o u g h .   On   th o th er   h an d ,   t h DC SK  s ch em r ep r esen ts   r ath er   m o r r o b u s n o n - co h er en s ch em [ 4 ]   i n   wh ic h   th r ec eiv er   d o es  n o n ee d   th ex ac in f o r m atio n   o f   ch a o tic  b asis   f u n ctio n s .   R ath er   th two   s ig n al  s am p le s   wer co r r elate d   as  well  a s   th r esu lt  o f   th co r r elatio n   i s   co m p ar ed   with   th r esh o ld .   T h p er f o r m a n ce   o f   d ig ital  co m m u n icatio n   s y s tem s   b ased   o n   ch ao s   u n d er   an   ad d itiv w h i te  g au s s ian   n o is ( AW GN)   en v ir o n m en h as b ee n   s tu d ied   th o r o u g h ly   [ 5 ] - [ 8 ] .     L o w - d en s ity   p ar ity - ch ec k   ( L DPC )   i s   o n o f   th m o s e f f ec tiv tech n iq u es  am o n g s t   th er r o r   co r r ec tio n   c o d es.  L DPC   co d e s   h av g ain ed   lo o f   atten tio n   r ec en tly   s in ce   th ey   ca n   a ch iev ex ce p tio n al  p er f o r m an ce   clo s to   th Sh an n o n   lim it  o v er   th b in ar y   s y m m etr ic  ch an n el  ( B SC )   an d   als o   th ad d itiv wh ite  g au s s ian   n o is ( AW GN)   ch an n el  [ 9 ] .   Dec o d i n g   a n   L DPC   co d allo ws  f o r   h ig h   d e g r ee   o f   p ar allelis m ,   m ak in g   it  id ea lly   s u ited   f o r   h ig h   d ata  r ate  ap p licati o n s   in clu d in g   wid e - b an d   wir eless   m u ltime d ia   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       F P GA   imp leme n ta tio n   o f LDP C   s o ft - d ec is io n   d ec o d ers   b a s ed   DC S K   fo r   s p r ea d   …  ( F a d h il   S .   Ha s a n )   4795   co m m u n icatio n s   an d   m ag n e tic   s to r ag s y s tem s .   T h p ar ity   ch ec k   m atr ix ' s   lo w - d en s ity   n atu r th u s   co n tr ib u tes  to   b o th   g r ea t d is tan ce   p r o p e r ties   an d   th r elativ ely   l o co m p lex ity   o f   its   d ec o d in g   alg o r ith m   [ 1 0 ] [ 1 1 ] .   Mo r eo v er ,   th ex ce s s iv n o is d er iv es  f r o m   wid s ca le  o f   m o b ile  c o m m u n icatio n ,   th b i er r o r   r ate   ( B E R )   is   ac ce p tab le  in   m o d er n   co m m u n icatio n   with   an   ev e n   m o r h i g h - s p ee d   d ata   r ate.   Hen ce ,   s u p p o r f o r   th DC SK   co m m u n icatio n   s y s tem   th r o u g h   L DPC   co d es  b ec o m es  ess en tial  to   m itig ate  t h h ig h   er r o r   [ 1 2 ] .   T h f ield   p r o g r am m a b le  g ate  ar r ay   ( FP GA)   is   u s ed   to   ev alu ate  s y s tem   th at  in clu d ed   ea ch   DC SK  an d   L DP C   co d es in   r ea l - tim en v ir o n m en t.  Gallag er   ' s   s u g g ested   b asi d ec o d in g   alg o r ith m   f o r   L D P C   c o d e s   i n   1 9 6 2   w a s   s o f t   d e c i s i o n s   s u c h   a s   t h e   s u m - p r o d u c t   a l g o r i t h m   ( S P A )   a n d   h a r d   d e c i s i o n   s u c h   a s   t h e   b i t   f l i p p i n g   ( B F)   [ 1 3 ] .   SP r eq u ir es  m o r s tep s   to   ad d iti o n   an d   m u ltip licatio n   w h ich   en ab les  im p lem en tatio n   i n   th ca s o f   r ea l - tim e   im p lem en tatio n   with   FP GA  d u to   th s im p licity   o f   t h is   o p er atio n .   A   cr u cial  t r ad e - o f f   b e twee n   ' co m p lex ity an d   ' ef f icien cy '   is   n ee d e d   in   it er ativ d ec o d in g .   I n   th is   p ap er ,   we  p r o p o s m o d el   o f   c o m m u n icatio n   s y s tem   in clu d in g   DC SK  as  m o d u l atio n   tech n iq u s u p p o r te d   b y   t h r ee   SP ( Pro b .   Do m ain ,   L o g   Do m ain   a n d   Mi n - Su m   wh ich   is   d esig n e d   to   r e d u ce   h a r d war c o m p lex ity )   t o   im p r o v t h s y s tem   p e r f o r m a n c e .   T h e   p r o p o s e d   s y s t e m   w i l l   b e   i m p l e m e n t e d   u s i n g   a n   F P G A   K i n t e x   7   d e v e l o p m e n t   k i t   i n t e g r a t e d   w i t h   V i v a d o   2 0 1 7 . 4   s o f twar e.       2.   DCSK   WI T H   L DP E NCO DE CO M M UN I CA T I O SYST E M   T h p r o p o s ed   s y s tem   d iag r am   is   s h o wn   in   Fig u r 1   th at  in c lu d ed   b i n ar y   d ata  s o u r ce   t h at  will  b e   en co d ed   th r o u g h   th e   L DPC   b lo ck   with   a   co d e   r ate  o f   0 . 5 .   T h co d ewo r d   is   s en to   a   D C SK  m o d u lato r   th at   u s es  ch ao tic   ca r r ier   f o r   s p r ea d   th e   d ig ital  s ig n al   ac r o s s   a   wid f r e q u en c y   b an d   to   ac h iev e   m o d u lated   s ig n a l   with   s u ch   s p r ea d in g   f ac to r   v alu eq u al  to   1 6 .   AW GN  n o is is   in d icate d   with   th m o d u lated   s ig n al  wh ich   is   m o s tly   u s ed   f o r   th e x p er im e n tal  ap p licatio n s   f o r   s im p licity .   No n - c o h er e n d e m o d u l a t i o n   w i l l   t h e n   b e   a d a p t e d   o n   t h e   r e c e i v e r   s i d e   t o   r e c o v e r   t h e   r e c e i v e d   c o d e - w o r d ,   t h a t   w i l l   b e   d e c o d e d   t o   r e g e n e r a t e   t h e   o r i g i n a l   in f o r m atio n .             Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th s y s tem   m o d el       3.   H ARDWA R E   CO M M UN I C AT I O S YS T E M   DE SI G N   As  m en tio n ed   in   s ec tio n   2   th e   s y s tem   co n s is ts   o f   th r ee   m ain   p ar ts tr an s m itter ,   ch a n n el  a n d   r ec eiv er .   tr an s m itter   s ec tio n   is   estab l is h ed   b y   th s u b s eq u en t,  L o g i s tic - m ap   as  in p u ch a o tic  d ata   g en er ato r ,   L DPC   en co d er   b y   u s in g   th s y s tem a tic  f o r m   o f   m atr ix   a n d   co m p u tin g   th p a r ity   ch ec k   e q u ati o n   f o r   ea c h   r o o f   th is   m atr ix   an d   DC SK  m o d u l ato r .   T h r ec eiv er   is   estab lis h ed   b y   th e   s u b s eq u en t,  AW GN  n o is e,   DC SK  d e - m o d u lato r   an d   L DPC   d ec o d e r   with   th r ee   ty p es  o f   d ec o d er   alg o r ith m s   s u ch   as;  Pro b .   Do m ain ,   L o g   D o m ain   an d   Min - Su m   alg o r ith m s .   T h s y s tem   m o d el  will  b im p l em en te d   u s in g   Xilin x   SG  as  s h o wn   in   Fig u r 2 ,   ea ch   b lo c k   is   d esig n ed   with   s p ec if ic  p ar am eter s   to   m atc h   th o v er all  s y s tem   im p lem en tatio n   as  will  b e   ex p lain ed   in   d etail  in d iv id u all y .   I is   wo r th   to   m en tio n   th at  all  th th r ee   d ec o d er   alg o r ith m s   h av th s am e   d esig n   ar ch itectu r e x ce p t th e   p ar t d ea l w ith   d ec o d er   b lo ck .     3 . 1 .     L DP enco der     T h B er n o u lli  r an d o m   b in a r y   n u m b er   g en er ated   m ess ag wo r d   with   len g th   o f   k =1 0   was  f ed   to   th L DPC   b lo ck   th r o u g h   g atew ay   b lo ck   to   o b tain   co d w o r d   with   len g th   o f   n = 2 0   at  th o u tp u o f   ce r tain   b lo ck .   T h er e   is   s er ial  to   p ar a llel  b lo ck   with in   th L DPC   en co d er   b lo ck   s h o wn   in   F i g u r e   3   w h i c h   w i l l   b e   u s e d   t o   c o n v e r t   a   g r o u p   o f   s a m p l e s   s e r i a l l y   p r e s e n t e d   a t   t h e   i n p u t   t o   s i n g l e   s a m p l e s   p r e s e n t   a t   t h e   o u tp u is   s h o wn   in   Fig u r 4 .   In   th is   p ap e r ,   we  h av = 10   as  m en tio n ed   p r ev io u s ly   r ep r esen ted   b y   1 10   in   ( 1 )   w h ile      11 20 r ep r esen ted   th r ed u n d an c y   b i ts   ( =   )   [ 1 4 ] .       =   [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ]   ( 1 )     T h p ar ity   b its   ar in co r p o r a ted   u s in g   ( 2 )   an d   ( 3 )   wh ich   r ef lect  th f ir s an d   s ec o n d   p ar ity   b its   co r r esp o n d s   r esp ec tiv ely   to   f i r s an d   s ec o n d   r o ws  o f   th ( 4 )   m atr ix .   T h r e m ain in g   p ar ity   is   g en er ated   in   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 7 9 4   -   4 8 0 9   4796   s am m eth o d   th at  t h r est   o f   s u ch   m atr ix   r o ws  r e p r esen [ 1 5 ] .   Fig u r 5   illu s tr ates  th h ar d war im p lem en tatio n   o f   th ese  e q u at io n s   th at  ar e   im p lem en ted   u s i n g   1 0   XOR  g ates  to   g en er ate   1 0   p a r ity   ch ec k   b its ,   b ased   o n   th e   in p u m ess ag e.     11 = 3 6 9   ( 2 )     12 = 5 6 7 8   ( 3 )         =   [                   1 0 0 0 1 0 0 0 1         0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0         0 0 0 0 0 0 0 1 1         1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1         1       0 0       0 1       0 0 0 0 0 0 0 0 0 0       1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0         0 1 1 0 1 0 0 0 0         0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0         1       1 0       0 0       1 0 0 0         0 0 0 1 0 0         0 1 0         0 1 0 0 0         0 1       0 0 0 0 0 0 0 0 0 0       0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0         0 1 0 0 0 0 1 0 0         0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1         0       1 0       1 1       0 ]                     ( 4 )     No w,   th 2 0 - b it   co d e - wo r d   is   s u p p lied   to   co n ca t   b lo c k ,   co n ca ten atin g   two   o r   m o r e   b its   o f   in p u ts   to   g et  s y m b o o f   t h ese  b its   in   th o u tp u t.   E v e n tu ally ,   th p ar allel  to   s er ial  b l o ck   in d u ce s   th c o d w o r d   as  o u tp u b lo c k .   S o   th at  ea ch   s a m p le  p r o v id ed   in   th is   b lo c k ' s   in p u b ec am m u ltip le  s am p les  d is p lay ed   s er ially   in   th o u t p u t.           Fig u r 2 .   XSG  o f   t h s y s tem   m o d el           F ig u r 3 .   L DPC   e n co d e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       F P GA   imp leme n ta tio n   o f LDP C   s o ft - d ec is io n   d ec o d ers   b a s ed   DC S K   fo r   s p r ea d   …  ( F a d h il   S .   Ha s a n )   4797       Fig u r 4 .   S2 b l o ck           Fig u r 5 .   T h h ar d war o f   e n c o d er       3 . 2 .     DCSK   m o du la t o r   T h co d e - wo r d   g e n er ated   b y   L DPC   wa s   f ed   to   Xilin x   SG   DC SK  m o d u lato r   d esig n ed .   T h r o u g h o u th DC SK  m o d u lato r ,   ea ch   b it   Si  is   ex p r ess ed   b y   2   s ets  o f   β - p er io d   ch ao tic  s ig n al  s am p les  wh er 2 β  r ef er s   to   th s p r ea d in g   f ac t o r   with   s u ch   an   in teg er   n u m b er .   T h e   f ir s an d   t h s ec o n d   s ets  r esp ec tiv ely   r e p r esen ted   t h e   s eg m en o f   r ef er e n ce   an d   th e   s eg m en o f   d ata.   Sam p les  f r o m   th d ata  s eg m en t   ar e q u al  to   th r ef er en ce   s eg m en f o r   tr an s m is s io n   +1 ,   an d   an   in v er te d   v ar ian o f   r e f er en ce   s eg m en is   b ein g   u s ed   f o r   tr an s m is s io n   o f   b it  - 1 .   T h tr an s m itter   e k   ' s   o u t p u t d u r in g   th i th   b it p er io d   is   [ 1 6 ] - [ 1 8 ] .   Fig u r 6   Sh o ws th Xilin x   SG b lo ck   o f   DC SK m o d u latio n   s y s tem   with     eq u al  t o   8 .     = {                                      1 <                        < 2   ( 5 )     B o th   C h ao s   g en er ato r   an d   m ap p in g   b lo ck s   ar e   s h o wn   r esp ec tiv ely   in   Fig u r es  7   an d   8 .   C h eb y s h ev   p o ly n o m ial  f u n ctio n   ( C PF )   o f   o r d er   two   as  in   ( 6 )   is   s elec ted   as  c h ao tic  g e n er ato r   with   s u ch   an   in itial  co n d itio n   v alu o f   0 . 1   to   b e   im p lem en ted   s im p ly   u s in g   m u ltip lex er ,   m u ltip lier   a n d   a d d e r   b lo ck s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 7 9 4   -   4 8 0 9   4798   + 1   =   1   2 2   ( 6 )     T h m ap p in g   b lo ck   co n s is ts   o f   R OM   to   in d icate   eith er   in p u {0 o r   in p u {1 ac co r d in g   to   th in itial  R OM   v ec to r   v alu [ - 1 ,   1 ] .   Dela y   wa s   co n n ec ted   s o   th R OM   b l o c k   en ab lin g   p in   ca n   m ask   all  s e r ial  b its   b ef o r th ey   b ec o m r ea d y   f o r   th m ap   o p e r atio n .           Fig u r 6 .   Xilin x   SG d esig n   o f   DC SK  m o d u lato r             Fig u r 7 .   T h ch a o s - g en er ato r   b lo ck     Fig u r 8 .   Ma p p in g   {+ 1 , - 1 b l o ck       3. 3   Cha nn el   I f   th m o d u lated   s ig n al  is   tr an s m itted   o v er   ch an n el,   n o is in   th ch an n el  r e p r esen ted   b y   ad d itiv e   wh ite  g au s s ian   n o is ( AW GN ) ,   ,   ca n   co r r u p it.  Su ch   n o is e   ch ar ac ter ized   b y   wid e   f r eq u en cy   s p ec tr u m ,   wh ich   is   s tatis t ically   r an d o m   r ad io   n o is e.   T h h ar d war e - im p lem en ted   f o r   th ese  ch a n n els  is   illu s tr ated   with   s ee d   v alu 5 1 2   in   Fig u r 9 .           Fig u r 9 .   AW GN  ch an n el  b lo ck       3. 4   DCSK   d em o du la t io n   T o   co n v er th 1 6   s er ial  to   p ar allel  s am p les,  th o b tain ed   s ig n al    p ass es   to   an   S2 b lo c k   to   d e - s p r ea d   with in   a   s in g le  b it.   Fig u r 1 0   illu s tr ates  th d etails  o f   th Xilin x   SG  S2 P b lo ck   co n s is tin g   o f   1 6   latch es  an d   its   co r r esp o n d in g   d elay   b l o ck s .   S2 ' s   1 6   o u tp u t sam p les ar lin k ed   to   co r r elato r ,   in   wh ich   th r ef er en ce   s am p les  as  well  as  th co r r es p o n d in g   in f o r m atio n   s am p les   wer co r r elate d   u s in g   m u lti p lier s .   i th   co r r elato r   o u tp u t is th v a r iab le  i th   d ec is io n ,   D i   [ 1 9 ] .     =   + = 1   ( 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       F P GA   imp leme n ta tio n   o f LDP C   s o ft - d ec is io n   d ec o d ers   b a s ed   DC S K   fo r   s p r ea d   …  ( F a d h il   S .   Ha s a n )   4799   T h i th   b it is   d em o d u lated   u s in g   ze r o   th r esh o ld ,   m ea s u r in g   th s ig n   o f   th f in al  co r r elato r   o u tp u t.  T h DC SK   d em o d u lato r   Xilin x   SG is sh o wn   in   Fig u r e   11.           Fig u r 1 0 .   1 6 - s am p les S2 P b lo ck s   at  th d em o d u lato r           Fig u r 1 1 .   Xilin x   SG D C SK d em o d u lato r   b lo ck       3. 5   Dec o ders   Pro b .   Do m ain ,   L o g   Do m ain   an d   Min - Su m   alg o r ith m s   r ep r esen ty p o f   s o f d ec is io n   alg o r ith m s   an d   it  wo r k s   b y   p ass in g   m ess ag es  b etwe en   th C Ns  an d   th v ar iab le  n o d es  ( VNs).   I is   u s ed   to   co r r ec th e   r ec eiv ed   b its   to   o b tain   1 0 - b it  s y m b o ls   wh ich   will  r ep r esen t h o r ig in al  s ig n al  a f ter   th d ec o d in g   p r o ce s s .   T h e   d em o d u lated   b its   ar f ir s tly   f ed   to   th S2 co n v er ter   b lo c k   to   m atch   ea ch   o th er   with in   SG  b lo ck s .   T h S2 will  b u s ed   to   c o n v e r th e   2 0 - s tr ea m   o f   b its   to   p a r allel  b i ts   to   b e   in itialized .   I n   g en er a l,  th ese  alg o r ith m s   p er f o r m   in   m ain   th r ee   s tep s .     I n itializatio n       Ho r izo n tal  Step       Ver tical  Step   an d   Dec o d in g / E s tim atio n   T h s tep   d etails f o r   ea ch   ty p o f   th ese  alg o r ith m s   will b d escr ib ed   with   zo o m - in   v iew  b e lo w.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 7 9 4   -   4 8 0 9   4800   3 . 5 . 1 .   P ro b.  do m a in deco der   I n i t i a l i z a t i o n :   I n   t h e   in it ializati o n   s t e p   t h e   v a l u e   o f   P ( 1 ) =   , ( 1 )   a n d   P ( 0 ) =   , ( 0 )   i s   o b t a i n e d   f r o m   ( 9 )   ( 10 )   w h i c h   r e p r e s e n t s   t h e   m e s s a g e   t h a t   w i l l   b e   s e n t   f r o m   t h e   V N   n   t o   C N   m .   E a c h   o n e   o f   t h e   m e s s a g e s   h a s   t h e   p a i r   ,   ( 0 )   a s   w e l l   a s   ,   ( 1 )   r e f e r r i n g   t o   t h e   i n d i c a t i o n   t h a t   rx   h a s   b e e n   o n e   o r   ze r o   [ 2 0 ] .     ( 1 ) = 1 [ 1 + 2    0 ]   ( 8 )     ( 0 ) = 1 ( 1 )   ( 9 )     W h er ( 1 ) an d   ( 0 )   ar th p o s ter io r   p r o b ab ilit ies  an d   th eir   v alu e s   ca n   b f o u n d   b ased   o n   th r ec eiv ed   s ig n al,   also   N 0   r ep r esen tin g   n o is v ar ian ce .   Ho r izo n tal  s tep :   T h h o r izo n t al  s tep   ca lcu latio n   is   cr ea ted   d ep en d i n g   o n   th n u m b e r   o f   1 s   o v er   all  co lu m n s   o f   te n   r o ws th r o u g h o u t th   m atr ix   ( 11 ) - ( 13 )      = ( , ( 0 ) , ( 1 ) )   ,     ( 1 0 )      , ( 0 ) = 1 / 2 ( 1 +  )   ( 1 1 )      , ( 1 ) = 1 / 2 ( 1  )   ( 1 2 )     T h ese  v ar iab le  n o d h as  b ee n   d esig n ed   b y   u s in g   th b asic  ad d - s u b   an d   m u lt  Xilin x   SG  b lo ck s   to   ev alu ate   th e      b y   tak in g   th p r o d u ct  o f   s u b tr ac tio n   , ( 1 )   also   , ( 0 )   ex clu d in g   b it    , ( 0 )   as  well  a  , ( 1 )   wh ich   r e p r esen tin g   th p r o b ab ilit y   wh ich   ch ec k   ca n   b d esig n e d   ea s ily   b y   u s in g   a d d - s u b   to   ad d   o r   s u b   o n f r o m      v alu th en   m u x   th r esu lts   b y   0 . 5   u s in g   Xilin x   SG  b lo c k .   Fig u r es  1 2   an d   1 3   illu s tr ate  th f ir s t r o co m p u tatio n s   ac co r d in g   to   th ( 10 ) - ( 12 )   o f   t h h o r izo n tal  s tep .             Fig u r 1 2 .   Ho r izo n tal  s tep   f o r   th f ir s t r o o f   p r o b .   d o m ain   d ec o d er           Fig u r 1 3 .   Deta ils   o f   th b lo c k s   ( 1 )   o f   t h f ir s t r o w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       F P GA   imp leme n ta tio n   o f LDP C   s o ft - d ec is io n   d ec o d ers   b a s ed   DC S K   fo r   s p r ea d   …  ( F a d h il   S .   Ha s a n )   4801   Ver tical  s tep :   T h is   s tep 's  ca lcu latio n s   ar m ea s u r e d   b y   th n u m b er   o f   1 s   f o r   ea ch   r o o f   s u ch   T wen ty   co lu m n s   as in     m atr ix   co n s is ten t w ith   th (1 3 )   an d   ( 14 ) .      ( 0 ) = ( 0 ) . , = 1 ( 0 )   ( 1 3 )      ( 1 ) = ( 1 ) . , = 1 ( 1 )   ( 1 4 )     W h er ki n ( 0 )   an d   ki n ( 1 )   ar s ca les  f ac to r s   wh ich   ar im p lem e n ted   u s in g   Mu lt  Xilin x   SG  b lo ck s .   A ls o ,   d ec is io n   f o r   ea c h   b it is   m ad a cc o r d in g   to   ( 15 ) .      = { 1 , Qi n ( 1 ) >   Qi n ( 0 ) 0 , Qi n ( 1 )   Qi n ( 0 ) .   ( 1 5 )     T h Xilin x   SG b lo ck   o f   co l u m n   twelv is   d escr ib ed   in   Fig u r 1 4 .           Fig u r 1 4 .   Ver tical  s tep   ( co lu m n   1 2 )       3 . 5 . 2 .   L o g   do ma in a lg o rit h m   I n itializatio n I n   L o g   Do m ain   d ec o d er   t h lo g - lik elih o o d   r a tio   ( L L R )   o f   p r io r   ( wh ic h   r e p r esen ts   th r ec eiv in g   m ess ag es  f r o m   th ch an n el)   an d   p o s ter io r   ( w h ich   r ep r esen ts   th m ed ial  m ess ag es  m o v ed   b etw ee n   C Ns  an d   VNs)  p r o b ab ilit y   is   u s ed .   So ,   th p r io r   m ess ag es  s en f r o m   B t o   th e   C r ep r esen t   th L L R   [ 2 1 ] .        =   4 0   ( 1 6 )      , =    (  )   ( 1 7 )      , = |  |   ( 1 8 )     T h is   p r o ce s s   is   a p p lied   t o   2 0   r ec eiv ed   b its     s er ially .   T h en ,   t h ab s o lu te   v alu e   an d   s ig n   v a lu ( will  ca lcu late  th s ig n   v alu wh eth er   it  is   p o s itiv o r   n eg ativ o r   eq u al  to   ze r o )   will  b ca lcu lated   f o r   ea c h   b it.  T h e   im p lem en tatio n   o f   t h in itializatio n   b lo ck   is   d o n b y   u s in g   Mu lt,  Mu x   an d   r elatio n al  Xil in x   SG  b lo ck .   T h e   p r o ce s s   o f   in itializatio n   b lo c k   an d   th s ig n   b lo ck   will b d ec l ar ed   in   Fig u r es 1 5   an d   1 6   r esp ec tiv ely .           Fig u r 1 5 .   I n itializatio n   p r o ce s s       Fig u r 1 6 .   Deta ils   o f   Sig n   b lo ck   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b e r   2 0 2 1     4 7 9 4   -   4 8 0 9   4802   Ho r izo n tal  s tep :   T h c o m p u tatio n s   o f   th h o r iz o n tal  s tep   a r cr ea ted   d ep e n d   u p o n   t h am o u n o f   1 s   p er   co lu m n   o f   ten   r o ws  th r o u g h o u t h   m atr ix .   T o   C o m p u tin g   th ex tr i n s ic  m ess ag es  f o r   ea ch   s et  o f   b its   co n n ec ted   t o   C b y   ex clu d i n g   th b it     th eq u at io n   b elo will b u s ed .      , = l og   (  ,   +   1  ,     1   )   ( 1 9 )     W h er    ,   r e p r esen ts   th p r o b a b ilit y   th at  p a r ity - ch ec k   h a s   b ee n   ac h iev ed   in   t h ca s wh en   b it   is   s u p p o s ed   to   b 1   f o r   t h e   L L R .   C o m p u te  th s u m m atio n   o f    ,   ex clu d in g   th b it n .      , =        , n   , n n     ( 2 0 )     T h en   co m p u te  , :     , = l og (  ,   +   1  ,     1   )   ( 2 1 )     Get  p r o d u cts o f     ,   ex clu d in g   t h e   b it n :      , =        , n   , n n       ( 2 2 )     Fin ally ,   co m p u te    ,      , =   , ×    ,   ( 2 3 )     T o   r e d u ce   th c o m p lex ity   o f   Xilin x   SG  d esig n   r elate d   to   th lo g ar ith m   ( l o g )   p r o ce s s   in   ( 19 ) ,   l o o k - u p   tab le   is   p r o p o s ed   b y   tak in g   th v alu es  o f   r x   an d   a p p ly in g   ( 19 )   as  s h o wn   in   T ab le   1 .   Fig u r 1 7   s h o ws  th e   d etails o f   th Xilin x   SG d esig n   f o r   t h Pi   ca lcu latio n   ac co r d in g   to   ( 19 )   f o r   ea c h   b it e q u al  t o   o n e.       T ab le  1 .   L o o k - u p   tab le  f o r   t h e   v alu es  o f   Pi   V a l u e   o f   b e t a i j   V a l u e   o f   P i   0     rx   <   0 . 5   0   0 . 5     rx   <   1   1 . 4 0 6 8   1     rx   <   1 . 5   0 . 7 7 1 9 4   1 . 5     rx   <   2   0 . 4 5 3 8 9   2 . 5     r x   <   3   0 . 2 7 2 3 4   3     rx   <   3 . 5 ….   C o n t i n u e   0 . 1 6 4 5 4 0   rx  >   3 1   0           Fig u r 1 7 .   T h P i     p r o ce s s   b lo ck   o f   Xilin x   SG   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8       F P GA   imp leme n ta tio n   o f LDP C   s o ft - d ec is io n   d ec o d ers   b a s ed   DC S K   fo r   s p r ea d   …  ( F a d h il   S .   Ha s a n )   4803   Fo r   ex am p le,   th Xilin x   SG  d esig n   f o r   t h f ir s r o will  b im p lem en ted   b y   u s i n g   M u l t   a n d   A d d - S u b   b l o c k   a c c o r d i n g   t o   ( 20 ) - ( 23 )   a s   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   1 8 .   T h e   d e t a i l s   f o r   e a c h   o n e   o f   t h e   b l o c k s   i n   F i g u r e   1 8   ca n   b e   d ec lar ed   in   F ig u r es  1 9 - 2 1 .   Fu r th er m o r e ,   to   r ed u ce   th co m p lex ity   o f   Xilin x   SG  d esig n   r elate d   to   th lo g ar ith m   ( l o g )   p r o ce s s   ac co r d in g   to   ( 21 ) ,   lo o k - u p   tab le  is   p r o p o s ed   as illu s tr ated   in   Fig u r 2 0   a n d   T a b le  2 .           Fig u r 1 8 .   Ho r izo n tal  s tep   f o r   th f ir s t r o w       Fig u r 1 9 .   T h PiS   b lo ck   o f   th f i r s t r o w           Fig u r 2 0 .   T h PiS   p r o ce s s   b lo ck   o f   Xilin x   SG           Fig u r 2 1 .   Pr  b lo ck   d etails   T ab le  2 .   T h v alu o f   PiS   V a l u e o f   S P   V a l u e o f   P i S   1     S P     2 . 9 9 9   0 . 4 1 9 5   3     S P     5   0 . 0 4 6 5   5 . 5     S P     9   0 . 0 0 2 5   0 . 1   S P     0 . 9 9 9 9   1 . 5 7 3 1   0 . 0 1     S P     0 . 0 9 9 9   3 . 3 6 0 3   0 . 0 0 1     S P   <     0 . 0 0 9 9 9 9   6 . 1 5 3 2   0 . 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 9 9 9 9   7 . 9 9 1 7   0 . 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 9 9 9 9   1 0 . 7 5 8 3   0 . 0 0 0 0 0 1     S P       0 . 0 0 0 0 0 9 9 9 9   1 2 . 2 4 2 8   0 . 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   1 5 . 3 6 3 5   0 . 0 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   1 6 . 6 1 5 8   0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   1 9 . 9 6 8 4   0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   2 1 . 4 7 4 1   0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   2 3 . 1 0 7 0   0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1     S P     0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 9 9 9   2 6 . 8 7 6 4   El se   2 8 . 8 2 6 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.