本發明專利技術涉及一種解決CCSDS深空通信系統中9種QC-LDPC碼并行編碼的方案，其特征在于，所述系統的QC-LDPC碼的并行編碼器主要由寄存器、求和陣列、選擇擴展器和b位二輸入異或門四部分組成。本發明專利技術提供的QC-LDPC并行編碼器兼容多碼率，能在保持編碼速度不變的條件下有效減少資源需求，具有控制簡單、資源消耗少、功耗小、成本低等優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及深空數據通信領域，特別涉及ー種CCSDS深空通信系統中QC-LDPC碼編碼器的并行實現方法。
技術介紹
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木。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)碼是ー種特殊的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aXt個bXb階循環矩陣Gi^ (I彡i彡a, I彡j彡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単位矩陣，與校驗向量對應的其余部分生成矩陣是高密度矩陣。假設a不是素數，可被分解為a=ux (u彡X)，其中，u不等于l，x不等于a。那么，u路并行SRAA法完成一次編碼需要bx+t個時鐘周期，需要(uc+t)b個寄存器、ucb個ニ輸入與門和ucb個ニ輸入異或門。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n分為1/2、2/3和4/5三種，方陣階數ゎ分為32、64、128、256、512、1024和2048七種。如圖I所示，n和b共有9種有效組合(n,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，所有a的最大公約數是u=8。圖2給出了不同碼率n下的參數a、t和X。CCSDS深空通信系統中QC-LDPC高速編碼的現有解決方案是采用u=8路并行SRAA法，9 種 QC-LDPC 碼所需的編碼時間分別是 172、156、148、556、540、532、2092、2076 和 2068個時鐘周期。邏輯資源需要237568個寄存器、196608個ニ輸入與門和196608個ニ輸入異或門，這是由(n，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。
技術實現思路
針對CCSDS深空通信系統多種QC-LDPC碼高速編碼的現有實現方案中存在的資源需求量大缺點，本專利技術提供了一種基于求和陣列的并行編碼方法，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碼的并行編碼器主要由4部分組成寄存器、求和陣列、選擇擴展器和b位ニ輸入異或門。整個編碼過程分4步完成第I歩，輸入信息向量S，保存至寄存器R1 Ra，清零寄存器Ra+1 Rt，并為選擇擴展器M1(l^l^c)配置恰當的碼率η和方陣階數b ;第2步，寄存器R1 Ra串行左移I次，為求和陣列并行輸入向量(Sl，k，s2,k, -,su,k) (I≤k≤bx)，所有選擇擴展器的控制端輸入P=+l (符號表示不大于(k-l)/b的最大整數)，所有選擇擴展器分別從求和陣列的輸出端中選擇一部分并擴展成b個,共同構成向量(Su, s2；k, *··, su；k)與有效組合(n，b)對應的子塊首行矩陣Fp的乘積，b位二輸入異或HA1 (I ^ I ^ C)將乘積的第I段b比特與寄存器Ra+1串行循環左移I次的結果相加，和存回寄存器Ra+1 ;第3步，以I為步長遞增改變k的取值，重復第2步bx次；第4步，并行輸出碼字V= (S，P)。本專利技術提供的QC-LDPC并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。關于本專利技術的優點與精神可通過接下來的專利技術詳述及附圖得到進一步的了解。 附圖說明圖I給出了碼率η和方陣階數b的有效組合(n，b)；圖2給出了不同碼率η下的參數a、t和X ;圖3是CCSDS深空通信系統中兼容9種QC-LDPC碼的并行編碼器整體結構；圖4是求和陣列的構成示意圖；圖5給出了各種多輸入異或門的數量；圖6比較了傳統的u路并行SRAA法與本專利技術的資源消耗。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步說明，但不作為對本專利技術的限定。QC-LDPC碼是一類特殊的LDPC碼，它的生成矩陣G和校驗矩陣H都是由循環矩陣構成的陣列，具有分段循環特點，故被稱為準循環LDPC碼。從行的角度看，循環矩陣的每一行都是上一行(首行是末行)循環右移一位的結果；從列的角度看，循環矩陣的每一列都是前一列(首列是末列)循環下移一位的結果。循環矩陣的行向量構成的集合與列向量構成的集合完全相同，因此，循環矩陣完全可由它的首行或首列來表征。QC-LDPC碼的生成矩陣G是由aXt個bXb階循環矩陣Gi,」(I≤i≤a, I≤j≤t)構成的陣列權利要求1.一種適合于CCSDS深空通信系統采用的9種QC-LDPC碼的并行編碼器，QC-LDPC碼的生成矩陣G是由aXt個bXb階循環矩陣Gy.構成的陣列，其中，a、^Pb皆為正整數，t=a+c,l≤i≤a，l≤j≤t，3種不同碼率η分別是1/2、2/3、4/5，7種方陣階數b分別是 32、64、128、256、512、1024、2048，9 種有效組合(η，b)分別是(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)，對于這9種QC-LDPC碼，均有c=12，3種不同碼率對應的參數a分別是8、16、32，3種不同碼率對應的參數t分別是20、28、44,3種a的最大公約數是u=8, a=ux, 3種不同碼率對應的參數X分別是1、2、4，生成矩陣G對應碼字V= (S，P)，G的前a塊列對應的是信息向量S，后c塊列對應的是校驗向量P，以b比特為一段，信息向量s被等分為a段，即S= (Sl，S2,…，sa)，第i段信息向量Si= (Si，P Si 2,…，Si，b),校驗向量P被等分為C段，即P= (P1, P2,…，P。)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件 寄存器R1 Rt，寄存器R1 Ra用于緩存信息向量S= (S1, S2,-, Sa)，寄存器Ra+1 Rt用于計算和存儲校驗向量P= (P1, Pb…，Pc); 求和陣列，對并行輸入的U位信息比特Sl，k，S2,k,…，Siu進行組合求和，其中，I ^ k ^ bx ； 選擇擴展器M1 M。，在求和陣列運算結果的基礎上，根據碼率η和方陣階數b完成向量(S1YS2ik, ···，&，,)與子塊首行矩陣Fp的并行乘法，其中，I≤P≤X，P=+l，符號表示不大于(k-l)/b的最大整數； b位二輸入異或門A1 AyA1將向量(Sl，k，s2’k，…，su；k)與子塊首行矩陣Fp乘積本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種適合于CCSDS深空通信系統采用的9種QC？LDPC碼的并行編碼器，QC？LDPC碼的生成矩陣G是由a×t個b×b階循環矩陣Gi,j構成的陣列，其中，a、t和b皆為正整數，t=a+c，1≤i≤a，1≤j≤t，3種不同碼率η分別是1/2、2/3、4/5，7種方陣階數b分別是32、64、128、256、512、1024、2048，9種有效組合(η,b)分別是(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)，對于這9種QC？LDPC碼，均有c=12，3種不同碼率對應的參數a分別是8、16、32，3種不同碼率對應的參數t分別是20、28、44，3種a的最大公約數是u=8，a=ux，3種不同碼率對應的參數x分別是1、2、4，生成矩陣G對應碼字v=(s,p)，G的前a塊列對應的是信息向量s，后c塊列對應的是校驗向量p，以b比特為一段，信息向量s被等分為a段，即s=(s1,s2,…,sa)，第i段信息向量si=(si,1,si,2，…,si,b)，校驗向量p被等分為c段，即p=(p1,p2,…,pc)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件：寄存器R1～Rt，寄存器R1～Ra用于緩存信息向量s=(s1,s2,…,sa)，寄存器Ra+1～Rt用于計算和存儲校驗向量p=(p1,p2,…,pc)；求和陣列，對并行輸入的u位信息比特s1,k，s2,k，…,su,k進行組合求和，其中，1≤k≤bx；選擇擴展器M1～Mc，在求和陣列運算結果的基礎上，根據碼率η和方陣階數b完成向量(s1,k，s2,k，…,su,k)與子塊首行矩陣Fρ的并行乘法，其中，1≤ρ≤x，ρ=[(k？1)/b]+1，符號[(k？1)/b]表示不大于(k？1)/b的最大整數；b位二輸入異或門A1～Ac，Al將向量(s1,k，s2,k，…,su,k)與子塊首行矩陣Fρ乘積的第l段b比特累加到寄存器Ra+l中，其中，1≤l≤c。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張鵬，蔡超時，劉昌銀，
申請(專利權)人：蘇州威士達信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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