[发明专利]基于查找表的深空通信中LDPC串行编码器和编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及深空数据通信领域，特别涉及一种CCSDS深空通信系统中QC-LDPC码编码器的串行实现方法。

背景技术

由于在传输信道中存在的各种失真和噪声会对发送信号产生干扰，接收端不可避免地会出现数字信号产生误码的情况。为了降低误码率，需要采用信道编码技术。

低密度奇偶校验（Low-Density Parity-Check,LDPC）码以其逼近Shannon限的优异性能成为信道编码领域的研究热点。准循环LDPC码（Quasic-LDPC，QC-LDPC）码是一种特殊的LDPC码，其编码可采用移位寄存器加累加器（Shift-Register-Adder-Accumulator,SRAA）加以实现。

SRAA法是利用生成矩阵G进行编码。QC-LDPC码的生成矩阵G是由a×t个b×b阶循环矩阵G_i，j（1≤i≤a,1≤j≤t）构成的阵列，t=a+c。与信息向量对应的一部分生成矩阵是单位矩阵，与校验向量对应的其余部分生成矩阵是高密度矩阵。串行SRAA法完成一次编码需要ab+t个时钟周期，需要(t+c)b个寄存器、cb个二输入与门和cb个二输入异或门。此外，还需要acb比特ROM存储循环矩阵的首行。

CCSDS深空通信系统推荐了9种QC-LDPC码，其中码率η分为1/2、2/3和4/5三种，方阵阶数b分为32、64、128、256、512、1024和2048七种。如图1所示，η和b共有9种有效组合(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)，对应9种QC-LDPC码。对于所有QC-LDPC码，均有c=12。图2给出了不同码率η下的参数a和t。

CCSDS深空通信系统中QC-LDPC低速编码的现有解决方案是采用串行SRAA法，9种QC-LDPC码所需的编码时间分别是1068、1052、1044、4140、4124、4116、16428、16412和16404个时钟周期。逻辑资源需要65536个寄存器、24576个二输入与门和24576个二输入异或门，这是由(η,b)=(1/2,2048)对应的参数决定的。此外，9种QC-LDPC码共需774,144比特ROM存储循环矩阵的首行。当采用硬件实现时，需要较多的存储器和寄存器，势必会造成设备成本高，功耗大。

发明内容

针对CCSDS深空通信系统多种QC-LDPC码低速编码的现有实现方案中存在的资源需求量大缺点，本发明提供了一种基于查找表的串行编码方法，能在保持编码速度不变的前提下，减少资源需求。

如图3所示，CCSDS深空通信系统中多种QC-LDPC码的串行编码器主要由4部分组成：寄存器、索引编码器、查找表和b位二输入异或门。整个编码过程分4步完成：第1步，清零寄存器R_a+1～R_t；第2步，输入信息比特e_k（0≤k<ab），寄存器R₁～R_a串行左移1次，缓冲信息向量s，为索引编码器配置恰当的码率η和方阵阶数b，块行号控制端输入ρ=[k/b]+1（符号[k/b]表示不大于k/b的最大整数），查找表根据索引τ选择输出，b位二输入异或门A_l（1≤l≤c）将查找表的第l个b位输出端与寄存器R_a+l串行循环左移1次的结果相加，和存回寄存器R_a+l；第3步，以1为步长递增改变k的取值，重复第2步ab次，直到整个信息向量s输入完毕；第4步，并行输出码字v=(s,p)。

本发明提供的QC-LDPC串行编码器兼容多码率，能在保持编码速度不变的前提下有效减少资源需求，从而达到降低硬件成本和功耗的目的。

关于本发明的优点与精神可通过接下来的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1给出了码率η和方阵阶数b的有效组合(η,b)；

图2给出了不同码率η下的参数a和t；

图3是CCSDS深空通信系统中兼容9种QC-LDPC码的串行编码器整体结构；

图4给出了索引编码器的输出τ与信息比特、码率η、方阵阶数b和生成矩阵G的块行号ρ之间的关系；

图5比较了传统的串行SRAA法与本发明的资源消耗。

具体实施方式