本發明專利技術涉及一種CCSDS深空通信系統中9種QC-LDPC碼編碼的方案，其特征在于，所述系統的QC-LDPC碼的編碼器是基于循環右移累加機制，主要由控制器、向量存儲器、循環右移表、循環右移累加器、串行循環左移累加器和差分器六部分組成。本發明專利技術提供的編碼方法過程簡單，步驟一致性強，易于實現。本發明專利技術提供的QC-LDPC編碼器兼容多碼率，能在明顯提高編碼速度的同時有效減少資源需求，具有易于實現、編碼速度快、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，特別涉及一種CCSDS深空通信系統中QC-LDPC碼編碼器的高效實現方法。
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，b分為32、64、128、256、512、1024和2048七種。如圖I所示，η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。圖 2給出了不同碼率Π下的參數a和t。CCSDS深空通信系統中QC-LDPC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(n,b) = (l/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，如此大的存儲需求會增加設備成本，且編碼時間較長。
技術實現思路
針對CCSDS深空通信系統多碼率QC-LDPC編碼的現有實現方案中存在的需要大容量存儲器和編碼速度慢缺點，本專利技術提供了一種基于循環右移累加的高效編碼方法，在明顯提高編碼速度的同時有效減少存儲器和邏輯資源的需求。如圖13所示，基于循環右移累加的CCSDS深空通信系統中多碼率QC-LDPC碼的編碼器主要由6部分組成控制器、向量存儲器、循環右移表、循環右移累加器、串行循環左移累加器(串行CLSA)和差分器。整個編碼過程分6步完成第I步，清零部分校驗向量Py，輸入信息向量s ;第2步，循環右移累加器逐行地使用整個循環右移表計算部分校驗向量？2和向量q ;第3步，使用串行CLSA計算部分校驗向量py ;第4步，循環右移累加器逐行地使用循環右移表的前u行計算部分校驗向量Pz ;第5步，使用差分器計算部分校驗向量Px ;第6步，輸出一部分碼字(S，P x，py)。上述編碼過程簡單，步驟一致性強，易于實現。本專利技術提供的QC-LDPC編碼器兼容多碼率，能在明顯提高編碼速度的同時有效減少存儲器和邏輯資源需求，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(η，b) = (4/5，32)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖4是(η，b) = (2/3，64)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖5是(n,b) = (l/2, 128)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖6是(n，b) = (4/5，128)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖7是(η，b) = (2/3，256)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖8是(n，b) = (l/2，512)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖9是(n，b) = (4/5，512)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖10是(η，b) = (2/3，1024)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖11是(n,b) = (l/2, 2048)時QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造；圖12是CCSDS深空通信系統中校驗矩陣H的結構示意圖；圖13是CCSDS深空通信系統中兼容9種QC-LDPC碼的編碼器整體結構；圖14是循環右移累加器的結構示意圖；圖15是串行CLSA的結構示意圖；圖16是差分器的結構示意圖；圖17是編碼器各組成部分以及整個電路的硬件資源消耗；圖18是各編碼步驟以及整個編碼過程所需的處理時間；圖19比較了傳統的串行SRAA法與本專利技術的編碼速度；圖20比較了傳統的串行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。循環矩陣的行重和列重相同，記作W。如果《=0，那么該循環矩陣是全零矩陣。如果《=1，那么該循環矩陣是可置換的，稱為置換矩陣，它可通過對單位矩陣I循環右移若干位得到。QC-LDPC碼的校驗矩陣H是由cXt個bXb階循環矩陣Hiij (I彡i彡C，I彡j彡t)構成的如下陣列校驗矩陣H的連續b行和b列分別被稱為塊行和塊列。對于CCSDS深空通信系統，校驗矩陣H對應碼字v= (s，p)，H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=G1, S2,…，Sa);校驗向量P被等分為C段,即P= (P1, P2,…，P。)。如圖I所示,CCSDS深空通信系統采用了 9種QC-LDPC碼，其中碼率η分為1/2,2/3和4/5三種，b分為32、64、128、256、512、1024 和 2048 七種。η 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)。對于所有QC-LDPC碼，均有c=12，校驗矩陣H中的所有循環矩陣要么是全零矩陣(w=0)要么是置換矩陣(w=l)。圖2給出了不同碼率η下的參數a和t。圖Tll分別給出了 CCSDS深空通信系統中9種QC-LDPC碼校驗矩陣H的詳細構造，圖中給出的是每個塊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種適合于CCSDS深空通信系統采用的9種QC？LDPC碼的編碼器，QC？LDPC碼的校驗矩陣H是由c×t個b×b階循環矩陣構成的陣列，其中，c、t和b皆為正整數，t=a+c，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，c=3u，u=4，3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，校驗矩陣H對應碼字v=(s,p)=(s,px,py,pz)，H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)，校驗向量p被等分為c段，即p=(p1,p2,…,pc)，px=(p1,p2,p3,p4)，py=(p5,p6,p7,p8)，pz=(p9,p10,p11,p12)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件：控制器，控制信息向量的輸入、碼字的輸出和其它部件的運行；向量存儲器,用于存儲向量q和碼字v=(ν1,v2,…,vt)，其空間用v的碼段v1~vt來標識；循環右移表，用于存儲矩陣Hzero中所有循環矩陣的循環右移位數和所在的塊列號；循環右移累加器，用于計算向量q和部分校驗向量pz；串行循環左移累加器，用于計算部分校驗向量py；差分器，用于計算部分校驗向量px。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張鵬，蔡超時，萬欣，
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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