Этот пример показывает, как использовать основанную на графическом процессоре систему декодера LDPC object™ для повышения скорости симуляции коммуникационной системы. Повышение эффективности иллюстрируется моделированием части стандарта ETSI (European Telecommunications Standard Institute) EN 302 307 для вещания, интерактивных услуг, сбора новостей и других широкополосных спутниковых приложений (DVB-S.2) [1]. Для получения дополнительной информации об использовании системных объектов для симуляции DVB-S.2 системы смотрите DVB-S.2 Link, включая кодирование LDPC в Simulink. Для использования декодера LDPC на базе графического процессора необходимо иметь лицензию пользователя Parallel Computing Toolbox™.
Алгоритм декодирования LDPC является в вычислительном отношении дорогим и составляет подавляющее большинство времени, проведенного в симуляции DVB-S.2. Использование Системного объекта comm.gpu.LDPCDecoder для выполнения алгоритма декодирования на графическом процессоре резко улучшает симуляцию запуска времени. Пример моделирует DVB-S.2 систему, получая бенчмарк скорости (запуска), один раз с помощью декодера LDPC на базе CPU (comm.LDPCDecoder
) и один раз с декодером LDPC на базе GPU (comm.gpu.LDPCDecoder
). Пример фиксирует вероятность битовой ошибки для обеих версий, чтобы показать отсутствие потерь в эффективности декодирования с помощью графический процессор.
fprintf(... 'DVB-S.2 Digital Video Broadcast Standard Bit Error Rate Simulation\n\n');
DVB-S.2 Digital Video Broadcast Standard Bit Error Rate Simulation
fprintf(... 'Performance comparison of CPU- and GPU- accelerated decoders.\n');
Performance comparison of CPU- and GPU- accelerated decoders.
Пример пытается запросить у графический процессор обнаружение лицензии пользователя Parallel Computing Toolbox и наличия поддерживаемого графический процессор. Если графический процессор или Parallel Computing Toolbox недоступны, можно выполнить симуляцию только для центрального процессора.
try % Query the GPU dev = parallel.gpu.GPUDevice.current; % Print out information about the GPU that was found fprintf(... 'GPU detected (%s, %d multiprocessors, Compute Capability %s)\n',... dev.Name,dev.MultiprocessorCount,dev.ComputeCapability); % Include a GPU-based simulation. doGPU = true; catch % #ok<CTCH> % The GPU is not supported or not present, or the Parallel Computing %Toolbox was not present and licensed. Consider a CPU-only simulation. inp = input(['***NOTE: GPU not detected. ', ... 'Continue with CPU-only simulation? [Y]/N '],'s'); if strcmpi(inp, 'y') || isempty(inp) doGPU = false; else return; end end
GPU detected (Quadro P620, 4 multiprocessors, Compute Capability 6.1)
Функция getParamsDVBS2Demo.m генерирует структуру dvb, которая содержит информацию о строении для DVB-S.2 системы с учетом параметров ниже. Впоследствии пример включает в себя создание и конфигурирование системных объектов на основе структуры dvb.
Скрипт createSimObjDVBS2Demo.m создает большинство системных объектов, используемых в DVB-S.2, и конфигурирует их на основе структуры dvb.
Затем центральные процессоры LDPC-декодера на базе Системных объектов и графического процессора создаются и конфигурируются идентично.
% DVB-S.2 System Parameters subsystemType = 'QPSK 1/2'; % Constellation and LDPC code rate EsNodB = 0.75; % Energy per symbol to noise PSD ratio in dB numFrames = 10; % Number of frames to simulate maxNumLDPCIterations = 50; % LDPC Decoder iterations dvb = getParamsDVBS2Demo(subsystemType,EsNodB,maxNumLDPCIterations); % Create and configure the BCH Encoder and Decoder, Modulator, Demodulator, % AWGN Channel. createSimObjDVBS2Demo; % Construct the LDPC Encoder encldpc = comm.LDPCEncoder(dvb.LDPCParityCheckMatrix); % Construct the LDPC Decoder System objects % LDPC Decoder Configuration ldpcPropertyValuePairs = { ... 'MaximumIterationCount',dvb.LDPCNumIterations, ... 'ParityCheckMatrix',dvb.LDPCParityCheckMatrix, ... 'DecisionMethod','Hard Decision', ... 'IterationTerminationCondition','Maximum iteration count', ... 'OutputValue','Information part'}; % Construct the LDPC Decoder System objects (CPU and GPU versions) decldpc = comm.LDPCDecoder(ldpcPropertyValuePairs{:}); if doGPU gpuLDPCDecoder = comm.gpu.LDPCDecoder(ldpcPropertyValuePairs{:}); end % Create an ErrorRate object to analyze the differences in bit error rate % between the CPU and GPU. BER = comm.ErrorRate;
Этот пример моделирует DVB-S.2 систему, используя сначала основанный на CPU объект LDPC Decoder System, а затем основанный на GPU объект LDPC Decoder System. Пример получает системные бенчмарки для каждого декодера LDPC путем передачи нескольких систем координат данных через систему и измерения общего времени системной симуляции. Первая система координат данных несёт большое время инициализации симуляции, и так, он исключен из вычислений бенчмарка. Количество системы координат и среднее время системной симуляции печатаются в Командном окне. Вероятность битовой ошибки (BER) системы также печатается в Командном окне, чтобы проиллюстрировать, что декодеры LDPC на базе CPU и GPU достигают того же BER.
if doGPU architectures = 2; else architectures = 1; end % Initialize run time results vectors runtime = zeros(architectures,numFrames); avgtime = zeros(1,architectures); % Seed the random number generator used for the channel and message % creation. This will allow a fair BER comparison between CPU and GPU. % Cache the original random stream to restore later. original_rs = RandStream.getGlobalStream; rs = RandStream.create('mrg32k3a','seed',25); RandStream.setGlobalStream(rs); % Loop for each processing unit - CPU and GPU for ii = 1:architectures % Do some initial setup for the execution loop if (ii == 1) arch = 'CPU'; decoder = decldpc; % Use CPU LDPC Decoder else arch = 'GPU'; decoder = gpuLDPCDecoder;% Use GPU LDPC Decoder end % Reset the Error Rate object reset(BER); % Reset the random stream reset(rs); % Notice to the user that DVB-S.2 simulation is beginning. fprintf(['\nUsing ' arch '-based LDPC Decoder:\n']); dels = repmat('\b',1,fprintf(' Initializing ...')); % Main simulation loop. Run numFrames+1 times and ignore the first % frame (which has initialization overhead) for the run time % calculation. Use the first run for the BER calculation. for rr = 1:(numFrames+1) % Start timer ts = tic; % ***Create an input Message*** % msg = zeros(encbch.MessageLength, 1); msg(1:dvb.NumInfoBitsPerCodeword) = ... logical(randi([0 1],dvb.NumInfoBitsPerCodeword,1)); % ***Transmit*** % bchencOut = encbch(msg); ldpcencOut = encldpc(bchencOut); xlvrOut = intrlv(ldpcencOut,dvb.InterleaveOrder); modOut = pskModulator(xlvrOut); % ***Corrupt with noise*** % chanOut = chan(modOut); % ***Receive*** %y demodOut = pskDemodulator(chanOut); dexlvrOut = deintrlv(demodOut,dvb.InterleaveOrder); % Use whichever LDPC Decoder was set above. ldpcdecOut = decoder(dexlvrOut); bchdecOut = decbch(ldpcdecOut); % ***Compute BER *** % Calculate BER at output of LDPC, not BCH. ber = BER(logical(bchencOut),ldpcdecOut); % Stop timer runtime(ii, rr) = toc(ts); % Don't report the first frame with the initialization overhead. if (rr > 1) fprintf(dels); newCharsToDelete = fprintf(' Frame %d decode : %.2f sec', ... rr-1, runtime(ii,rr)); dels = repmat('\b',1,newCharsToDelete); end end % end of running a frame through the DVB-S.2 system. % Report the run time results to the Command Window. fprintf(dels); % Delete the last line printed out. % Calculate the average run time. Don't include frame 1 because it % includes some System object initialization time. avgtime(ii) = mean(runtime(ii,2:end)); fprintf(' %d frames decoded, %.2f sec/frame\n',numFrames,avgtime(ii)); fprintf(' Bit error rate: %g \n',ber(1) ); end % architecture loop
Using CPU-based LDPC Decoder:
Initializing ...
Frame 1 decode : 0.17 sec Frame 2 decode : 0.17 sec Frame 3 decode : 0.17 sec Frame 4 decode : 0.19 sec Frame 5 decode : 0.15 sec Frame 6 decode : 0.17 sec Frame 7 decode : 0.15 sec Frame 8 decode : 0.17 sec Frame 9 decode : 0.18 sec Frame 10 decode : 0.15 sec
10 frames decoded, 0.17 sec/frame
Bit error rate: 0.00785634
Using GPU-based LDPC Decoder:
Initializing ...
Frame 1 decode : 0.14 sec Frame 2 decode : 0.13 sec Frame 3 decode : 0.13 sec Frame 4 decode : 0.14 sec Frame 5 decode : 0.11 sec Frame 6 decode : 0.13 sec Frame 7 decode : 0.12 sec Frame 8 decode : 0.14 sec Frame 9 decode : 0.13 sec Frame 10 decode : 0.12 sec
10 frames decoded, 0.13 sec/frame
Bit error rate: 0.00785634
% Reset the random stream to the cached object
RandStream.setGlobalStream(original_rs);
Используя код, подобный тому, что показано выше, измерение частоты битовой ошибки было сделано автономным. Эффективность битовой ошибки декодеров LDPC на базе GPU и CPU идентична, как видно на этом графике.
Если использовался графический процессор, отобразите ускорение на основе среднего времени запуска DVB-S.2 системы с использованием декодера LDPC GPU по сравнению с декодером LDPC CPU.
if ~doGPU fprintf('\n*** GPU not present ***\n\n'); else %Calculate system-wide speedup fprintf(['\nFull system simulation runs %.2f times faster using ' ... 'the GPU-based LDPC Decoder.\n\n'],avgtime(1) / avgtime(2)); end
Full system simulation runs 1.32 times faster using the GPU-based LDPC Decoder.
Этот пример использует скрипт createSimObjDVBS2Demo.m и функцию getParamsDVBS2Demo.m helper.
ETSI Standard EN 302 307 V1.1.1: цифровое видеовещание (DVB); Структура системы координат второй генерации, системы кодирования и модуляции каналов для вещания, интерактивных услуг, нового сбора и других широкополосных спутниковых приложений (DVB-S.2), Европейский институт телекоммуникационных стандартов, Вальбонна, Франция, 2005-03.