[發明專利]一種速率兼容的5G LDPC碼的編碼裝置及編碼方法

有效

• 申請號: 202010070456.0
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111162797B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 周林;李賽;石旭;張婭妹;唐益多;張樹穎;陳辰;賀玉成
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: H03M13/11
• 分類號: H03M13/11
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

本發明提供一種速率兼容的5G?LDPC碼的編碼裝置及編碼方法，主要解決了5G標準中LDPC碼高效編碼和硬件實現問題。編碼過程主要包括確定編碼參數，信息位的分組和縮短，校驗位第一部分的計算，校驗位第二部分的計算，碼字拼接，碼字的打孔輸出等步驟，算法支持5G標準中的所有矩陣，運算速度快。編碼裝置通過現場可編程門陣列進行實現，主要電路可分為程序控制模塊，參數計算選擇模塊，地址發生器，速率匹配緩沖模塊，循環移位系數存儲模塊和編碼運算模塊，通過采用所提出的多路并行的電路結構可以將編碼裝置的吞吐率提升一倍并降低了布線復雜度，同時通過硬件復用大幅度提高了邏輯資源的利用率。

技術領域

本發明涉及一種速率兼容的5G?LDPC碼的編碼裝置及編碼方法。

背景技術

從20世紀80年代中期模擬蜂窩式移動電話通信系統開始，移動通信系統已經演進了四代。通過引入數字調制，信道編碼，多輸入多輸出正交頻分復用等新的技術，移動通信系統正變得日益強大以滿足人們不斷增長的通信需求。目前隨著物聯網技術的發展，第四代移動通信系統也無法滿足萬物互聯的需要。為了能夠實現更高的傳輸速率，更小的延時以及更強大的設備連接能力，第五代移動通信系統(5G)已經成為了一個重要的研究熱點。

LDPC碼(低密度校驗碼)在20世紀60年代被Gallager提出，具有接近香農限的糾錯性能，且它的性能主要由對應的檢驗矩陣結構決定。QC-LDPC碼是一類校驗矩陣具有特殊規則性的LDPC碼，能夠極大地降低編譯碼器的復雜度，5G標準采用QC-LDPC碼作為增強移動寬帶(eMBB)場景下數據信道的信道編碼方案，標準中設計了BG#1和BG#2兩個基矩陣，分別適用于不同的碼長，其中BG#1的大小為46×68，BG#2的大小為42×52。為了支持IR-HARQ(遞增冗余的混合自動重傳請求系統)，5G校驗矩陣在設計時采用嵌套結構，等價于一個高碼率的的LDPC碼與許多個單校驗碼串行級聯，而且隨著擴展矩陣行數與列數的增加，可以得到多種碼率的LDPC碼校驗矩陣。

對于LDPC碼，傳統的編碼方法主要有兩種，第一種將信息序列與生成矩陣相乘，這種方法編碼所需的數據存儲量和邏輯單元消耗量都會隨著碼長的增加而呈平方速度遞增，在碼長較長的情況下會導致復雜度過高而無法實現。第二種是通過將校驗矩陣變換為近似下三角矩陣，可以提升校驗向量的計算速度，但是對于普通的檢驗矩陣需要耗費的存儲和運算量依然過于龐大。通過采用具有準循環結構的LDPC碼，并將檢驗矩陣設計為單對角或者雙對角的特殊結構，可以進一步降低編碼復雜度。由于5G標準的矩陣中雙對角和單對角的結構特性同時存在，同時需要兼容多種不同的碼率，傳統的編碼方法無法完成對它的高效編碼，這就要求對對傳統編碼方法進行改進。

傳統LDPC碼的編碼裝置主要通過兩種方法實現，第一種方法是通過選擇器實現矩陣在二元域上的乘法，對于5G標準來說，采用這種方法首先需要消耗大量的ROM來存儲標準中102種不同類型的矩陣，其次若想通過并行結構達到高的吞吐率，采用這種方法需要m×n個選擇器，m為校驗矩陣的行數，n為校驗矩陣的列數，這是極其巨大的邏輯資源消耗。第二種是采用移位來代替乘法，實現移位的方法有兩種，一是利用桶形移位器，但這種方式只能對特定長度的信息實現移位操作，當信息位位寬小于其位寬時會發生移位錯誤，由于5G標準中需要支持不同的信息位長度，采用多種位寬的桶形移位器會大幅度的增加邏輯資源消耗。二是利用BRAM實現循環移位，這種方式通過改變讀BRAM首地址的位置完成對信息位的循環移位，邏輯資源消耗低，復雜度低且靈活性強。但是采用這種方法需要復雜的地址計算邏輯，同時進行一次移位消耗的時鐘數會隨著校驗矩陣H子矩陣z的大小線性增加，限制了編碼裝置的吞吐率。

發明內容

本發明要解決的技術問題，在于提供一種速率兼容的5G?LDPC碼的編碼裝置及編碼方法，提升編碼裝置中硬件資源的使用效率，并提高編碼裝置的吞吐率。

本發明之一是這樣實現的：一種速率兼容的5G?LDPC碼的編碼裝置，包括程序控制模塊、參數計算選擇模塊、地址發生器、速率匹配緩沖模塊、循環移位系數存儲模塊和編碼運算模塊；