[發明專利]基于查找表的深空通信中LDPC串行編碼器和編碼方法

無效

• 申請號: 201210374709.9
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102857324A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 張鵬;蔡超時;楊霏
• 申請（專利權）人: 蘇州威士達信息科技有限公司
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及深空數據通信領域，特別涉及一種CCSDS深空通信系統中QC-LDPC碼編碼器的串行實現方法。

背景技術

由于在傳輸信道中存在的各種失真和噪聲會對發送信號產生干擾，接收端不可避免地會出現數字信號產生誤碼的情況。為了降低誤碼率，需要采用信道編碼技術。

低密度奇偶校驗（Low-Density?Parity-Check,LDPC）碼以其逼近Shannon限的優異性能成為信道編碼領域的研究熱點。準循環LDPC碼（Quasic-LDPC，QC-LDPC）碼是一種特殊的LDPC碼，其編碼可采用移位寄存器加累加器（Shift-Register-Adder-Accumulator,SRAA）加以實現。

SRAA法是利用生成矩陣G進行編碼。QC-LDPC碼的生成矩陣G是由a×t個b×b階循環矩陣G_i，j（1≤i≤a,1≤j≤t）構成的陣列，t=a+c。與信息向量對應的一部分生成矩陣是單位矩陣，與校驗向量對應的其余部分生成矩陣是高密度矩陣。串行SRAA法完成一次編碼需要ab+t個時鐘周期，需要(t+c)b個寄存器、cb個二輸入與門和cb個二輸入異或門。此外，還需要acb比特ROM存儲循環矩陣的首行。

CCSDS深空通信系統推薦了9種QC-LDPC碼，其中碼率η分為1/2、2/3和4/5三種，方陣階數b分為32、64、128、256、512、1024和2048七種。如圖1所示，η和b共有9種有效組合(η,b)：(4/5,32)、(2/3,64)、(1/2,128)、(4/5,128)、(2/3,256)、(1/2,512)、(4/5,512)、(2/3,1024)和(1/2,2048)，對應9種QC-LDPC碼。對于所有QC-LDPC碼，均有c=12。圖2給出了不同碼率η下的參數a和t。

CCSDS深空通信系統中QC-LDPC低速編碼的現有解決方案是采用串行SRAA法，9種QC-LDPC碼所需的編碼時間分別是1068、1052、1044、4140、4124、4116、16428、16412和16404個時鐘周期。邏輯資源需要65536個寄存器、24576個二輸入與門和24576個二輸入異或門，這是由(η,b)=(1/2,2048)對應的參數決定的。此外，9種QC-LDPC碼共需774,144比特ROM存儲循環矩陣的首行。當采用硬件實現時，需要較多的存儲器和寄存器，勢必會造成設備成本高，功耗大。

發明內容

針對CCSDS深空通信系統多種QC-LDPC碼低速編碼的現有實現方案中存在的資源需求量大缺點，本發明提供了一種基于查找表的串行編碼方法，能在保持編碼速度不變的前提下，減少資源需求。

如圖3所示，CCSDS深空通信系統中多種QC-LDPC碼的串行編碼器主要由4部分組成：寄存器、索引編碼器、查找表和b位二輸入異或門。整個編碼過程分4步完成：第1步，清零寄存器R_a+1～R_t；第2步，輸入信息比特e_k（0≤k<ab），寄存器R₁～R_a串行左移1次，緩沖信息向量s，為索引編碼器配置恰當的碼率η和方陣階數b，塊行號控制端輸入ρ=[k/b]+1（符號[k/b]表示不大于k/b的最大整數），查找表根據索引τ選擇輸出，b位二輸入異或門A_l（1≤l≤c）將查找表的第l個b位輸出端與寄存器R_a+l串行循環左移1次的結果相加，和存回寄存器R_a+l；第3步，以1為步長遞增改變k的取值，重復第2步ab次，直到整個信息向量s輸入完畢；第4步，并行輸出碼字v=(s,p)。

本發明提供的QC-LDPC串行編碼器兼容多碼率，能在保持編碼速度不變的前提下有效減少資源需求，從而達到降低硬件成本和功耗的目的。

關于本發明的優點與精神可通過接下來的發明詳述及附圖得到進一步的了解。

附圖說明

圖1給出了碼率η和方陣階數b的有效組合(η,b)；

圖2給出了不同碼率η下的參數a和t；

圖3是CCSDS深空通信系統中兼容9種QC-LDPC碼的串行編碼器整體結構；

圖4給出了索引編碼器的輸出τ與信息比特、碼率η、方陣階數b和生成矩陣G的塊行號ρ之間的關系；

圖5比較了傳統的串行SRAA法與本發明的資源消耗。

具體實施方式