專利名稱：基于查找表的近地通信中ldpc串行編碼器和編碼方法
技術領域：
本發明涉及近地太空數據通信領域，特別涉及一種CCSDS近地通信系統中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(c+t)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 近地通信系統推薦了一種 QC-LDPC 碼，其中，a=14，c=2，t=16，b=511。CCSDS近地通信系統中QC-LDPC低速編碼的現有解決方案是采用串行SRAA法，所需的編碼時間是7170個時鐘周期，邏輯資源需要9198個寄存器、1022個二輸入與門和1022個二輸入異或門。此外，還需要14，308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近地通信系統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I所示，CCSDS近地通信系統中QC-LDPC碼的串行編碼器主要由3種功能模塊組成寄存器、查找表和b位二輸入異或門。整個編碼過程分4步完成 第I步，清零寄存器Ra+1和Ra+2 ;第2步，輸入信息比特ek (O彡k〈ab)，寄存器R1 Ra串行左移I次，緩沖信息向量s,查找表的塊行號控制端輸入p=[k/b]+l (符號[k/b]表不不大于k/b的最大整數)，查找表根據P和ek的數值選擇輸出，b位二輸入異或門A1 (I ^ I ^ 2)將查找表的第I個b位輸出端與寄存器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，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。


圖I是CCSDS近地通信系統中QC-LDPC碼的串行編碼器整體結構；圖2給出了查找表的輸出與信息比特的數值和生成矩陣G的塊行號P之間的關系;圖3比較了傳統的串行SRAA法與本發明的資源消耗。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。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彡i彡a, I彡j彡t)構成的陣列
I O ··· O Gla+l Gla+1 ··· Gu O I …O c2,a+1 G2a+Z …Glj
O O …I Ga,a+\ Ga,a+2 …G (或H)的連續b行和b列分別被稱為塊行和塊列。CCSDS 近地通信系統推薦了一種 QC-LDPC 碼，其中，a=14，c=2，t=16，b=511。對于CCSDS近地通信系統，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= (e0, e1；…，en),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=2段,即P= (P1, P2)。由式(I)和循環矩陣的特點，圖I給出了適用于CCSDS近地通信系統中QC-LDPC碼的串行編碼器，它主要由寄存器、查找表和b位二輸入異或門三種功能模塊組成。寄存器R1 Ra用于緩存信息向量S= (Sl，S2,…，Sa)，寄存器Ra+1和Ra+2用于計算和存儲校驗向量P= (P1, P2)，b位二輸入異或門A1和A2將查找表的兩個b位輸出值分別累加到寄存器Ra+1和Ra+2 中。查找表有兩個控制量信息比特的數值和生成矩陣G的塊行號P (I彡P彡a)，圖2給出了查找表的輸出與兩個控制量之間的關系。如果當前輸入的信息比特是0，那么查找表輸出全零；否則，查找表的兩個b位輸出端分別輸出生成矩陣第P塊行中第a+l、a+2塊列的兩個循環矩陣的首行。 本發明提供了一種QC-LDPC碼的串行編碼方法，結合CCSDS近地通信系統中QC-LDPC碼的串行編碼器(如圖I所示)，其編碼步驟描述如下第I步，清零寄存器Ra+1和Ra+2 ；第2步，輸入信息比特ek (O ( k〈ab)，寄存器R1 Ra串行左移I次，緩沖信息向量S，查找表的塊行號控制端輸入p=[k/b]+l(符號[k/b]表示不大于k/b的最大整數)，查找表根據P和ek的數值選擇輸出，b位二輸入異或門A1 (1^1^2)將查找表的第I個b位輸出端與寄存器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ab次，直到整個信息向量s輸入完畢，此時，寄存器R1 Ra存儲的是信息向量S= (su S2, ...，sa)，寄存器Ra+1和Ra+2存儲的是校驗向量P=^1, P2);第4步，并行 輸出碼字V= (S，P)。從以上步驟不難看出，整個編碼過程共需ab+t=7170個時鐘周期，這與傳統的串行SRAA法完全相同。圖3比較了傳統的串行SRAA法與本發明的資源消耗。注意，這里將查找表的基本查找單元視為一個二輸入與門。從圖3可清楚看到，本發明使用的異或門和與門數量與串行SRAA法完全相同，本發明的優勢是無需存儲器，使用了較少的寄存器。綜上可見，與傳統的串行SRAA法相比，本發明保持了編碼速度，具有控制簡單、資源消耗少、功耗小、成本低等優點。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種適合于CCSDS近地通信系統采用的QC-LDPC碼的串行編碼器，QC-LDPC碼的生成矩陣G是由aXt個bXb階循環矩陣G^j構成的陣列,其中，a=14, t=16,b=511, c=t_a=2,I≤i≤a，l≤j≤t，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= (e0, e1；…，en),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)，校驗向量P被等分為c=2段，即P= (Pl, p2)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件 寄存器R1 Ra+2，寄存器R1 Ra用于緩存信息向量S= (Sl，S2,-, sa)，寄存器Ra+1和Ra+2用于計算和存儲校驗向量P= (P1, P2)； 查找表，根據信息比特的數值和生成矩陣G的塊行號輸出生成矩陣的第P塊行中第a+l、a+2塊列中所有循環矩陣的首行，其中，I彡P彡a; b位二輸入異或門A1和A2，將查找表的兩個b位輸出值分別累加到寄存器Ra+1和Ra+2中。
2.如權利要求I所述的串行編碼器，其特征在于，所述查找表受控于信息比特的數值和生成矩陣G的塊行號P :如果當前輸入的信息比特是O，那么查找表輸出全零；否則，查找表的兩個b位輸出端分別輸出生成矩陣第P塊行中第a+l、a+2塊列的兩個循環矩陣的首行。
3.一種適合于CCSDS近地通信系統采用的QC-LDPC碼的串行編碼方法，QC-LDPC碼的生成矩陣G是由aXt個bXb階循環矩陣Gi^構成的陣列，其中，a=14, t=16, b=511,c=t-a=2,1≤i≤a, I≤j≤t,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=Gtl, e1；…，en),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=2段,即P= (P1, P2)，其特征在于，所述編碼方法包括以下步驟 第I步，清零寄存器Ra+1和Ra+2; 第2步，輸入信息比特ek，寄存器R1 Ra串行左移I次，緩沖信息向量S，查找表的塊行號控制端輸入P，查找表根據P和ek的數值選擇輸出，b位二輸入異或門A1將查找表的第I個b位輸出端與寄存器Ra+1串行循環左移I次的結果相加，和存回寄存器Ra+1，其中，O ( k〈ab, I ^ I ^ 2,符號[k/b]表不不大于k/b的最大整數； 第3步，以I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，此時，寄存器R1 Ra存儲的是信息向量S= (su S2,…，sa)，寄存器Ra+1和Ra+2存儲的是校驗向量P=(P^P2)； 第4步,并行輸出碼字V= (S，P)。
全文摘要
本發明涉及一種解決CCSDS近地通信系統中QC-LDPC碼串行編碼的方案，其特征在于，所述系統的QC-LDPC碼的串行編碼器主要由寄存器、查找表和b位二輸入異或門三部分組成。本發明提供的QC-LDPC串行編碼器，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。
文檔編號H04L1/00GK102868495SQ20121037131
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者張鵬, 蔡超時, 周德揚 申請人:蘇州威士達信息科技有限公司