VHDL implementation of a modified reed-solomon coding algorithm with considerably reduced latency for short-reach optical communications

Error correction codes have been a necessary part of most optical communicationsystems. In their implementations, latency is always one of thetop challenges, especially for short-reach optical communications. This concernis not only because of the constant demand for faster Internet speed butalso because the exponential increase in Internet traffic is mainly driven byemerging applications like streaming video, social networking, and cloud computing,which is all data intensive and require high interaction between theservers. Research teams have come up with some solutions to reduce latency,but most of them considerably increase hardware costs and thus are limited.Nevertheless, a novel class of generalized Reed-Solomon (RS) codes was introducedwith faster encoding and decoding algorithm. This low-latency RScodes can run the entire encoding and most parts of the decoding algorithmin parallel with only a slight increase in hardware costs. The speed-up effectis superior and for codes over GF(2^8), for example, the coefficient can be aslarge as 15. In this thesis, the algorithm is explained in details with numerousexamples. A verification of the algorithm in MATLAB using high-level codingtechnique is introduced, and a BER performance test is discussed. After that,the topic moves forward to the focus of the thesis: its VHDL implementation.Low-latency RS(255, 225) encoders and decoders with different speed-up coefficientsare implemented and illustrated in the thesis. The latency results andhardware costs are compared and discussed. Specifically, it is shown that fordecoders, a latency reduction from 540 to 70 clock cycles have been achievedwith a reasonable increase in hardware costs.Les codes de correction d’erreurs ont toujours fait partis de la majoritédes systèmes de communication optiques. Dans leur exécution, la latence atoujours été l’un des plus grands problèmes, notamment pour les communicationsoptiques de courte distance. Cette préoccupation n’est pas seulementdue à la hausse de la demande de l’Internet plus rapide, mais aussi par le faitque la hausse exponentielle du trafic en ligne est causée par les applicationsémergentes comme les vidéos en ligne, les médiaux sociaux et le informatiqueen nuage, c’est-à-dire l’information virtuelle, et ces derniers ont besoinde beaucoup d’espace sur le web et demandent d’interagir souvent entre lesmachines. Des équipes de recherche ont mis énormément d’effort et ont trouvédes solutions, mais la plupart demandent d’augmenter les coûts des matériauxet donc sont très limités. Toutefois, une nouvelle classe de Reed-Solomon (RS)de codes été introduit avec un algorithme capable de décrypter et d’encoderplus efficacement. Ce code RS avec faible latence est capable d’exécuter unencodage complet en plus de la plupart de l’algorithme du décodage en parallèleavec seulement une petite hausse en coûts. L’augmentation de la vitessed’exécution est supérieure et le coefficient, par exemple, peut être aussi largeque 15 pour les codes an haut de GF(2^8). Dans cette thèse, l’algorithme estexpliqué en détail avec plusieurs exemples. Une vérification de l’algorithmesur MATLAB utilisant du codage de niveau avancé est introduite et un examensur sa performance BER est discutée. Après cela, le sujet avance surl’aspect important de la thèse: l’implémentation du VHDL. La latence faibleRS(255, 225) d’encodage et de décodage avec des coefficients d’augmentationde vitesse ont été implémentée et illustrée. Les résultats de la latence et lescoûts de matériaux correspondent sont comparés et discutés. Spécifiquement,il est démontré par les décodeurs qu’une réduction de la latence de 540 à 70cycles a été atteinte avec une hausse acceptable des couts des matériaux