[发明专利]一种应用于深空通信的多模式LDPC译码器

说明书

本发明属于数字信号处理和集成电路技术领域，具体为一种应用于深空通信的多模式LDPC译码器。本发明面向CCSDS空间通信标准，其中的深空通信LDPC码具有准循环结构，本发明在此结构的基础上，译码流程采用TDMP算法，信息更新采用NMSA算法；并配置信息处理单元，实现支持多种模式、可根据外部参数进行配置的译码器结构。本发明对译码性能和吞吐率进行权衡，选择适当的译码迭代次数来保证这两项重要指标满足相应要求。FPGA测试结果表明，本发明能支持编码前信息帧长为1024，码率为1/2、2/3、4/5三种码型的译码，三种工作模式下的编码增益分别达到5dB、7dB、8dB，译码器吞吐率可达到100MHz以上。

技术领域

本发明属于数字信号处理和集成电路技术领域，具体涉及一种应用于深空通信的多模式 LDPC译码器。

背景技术

深空通信为地面与进入地球轨道之外的飞行器之间的通信，距离一般在200万千米以上，相比地面上的无线通信，深空通信距离较远，导致其通信延时较大，且信号衰减明显，信道信噪比较低。另外，由于信息传输形式的逐渐多样化，深空通信对系统数据传输速度的要求也不断提高。信道编解码是数字通信系统的重要组成部分，空间通信的特殊环境要求信道编解码方案的选择和具体实现能在保证较好译码性能的前提下达到较高的吞吐率。另外，深空通信距离跨度较大，信道条件多样，为应对这种情况，深空通信使用的信道纠错码可能有多种结构，如何使同一硬件电路可以支持多种码结构的编译码，即实现多模式的编译码器，也成为了一个重要挑战。

LDPC作为信道纠错码的一种，译码性能好，译码器便于实现、吞吐率高且易于实现可配置的电路结构，被CCSDS标准采用为深空通信中的信道纠错码方案，该方案由9种LDPC码组成，它们均为具有相似结构的QC-LDPC码，统称为AR4JA码。

TDMP算法将LDPC码的校验矩阵进行分层，并逐层进行译码信息更新，当所有层的信息更新均完成时，一次译码迭代结束，即每次迭代中，校验节点和变量节点的信息更新是交替完成的。相比于TPMP算法，TDMP算法的硬件实现不完全由校验矩阵结构决定，将该算法应用于 QC-LDPC码时，每个周期可进行若干个子矩阵的信息更新，更新的子矩阵个数可由电路设计者决定，每个子矩阵的结构都可以由矩阵维数和相对单位矩阵的移位值唯一确定，可以通过存储这些值，使译码器的结构和校验矩阵无关，从而设计支持多种码型的可配置译码器。节点信息的更新采用NMSA算法，这一算法对信息的更新运算进行了简化，从而减小了译码器的硬件吞吐率。这种TDMP和NMSA相结合的方式，凭借其灵活性高、硬件复杂度低的优点，成为了目前主流的LDPC译码器实现方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于深空通信的多模式LDPC译码器。

本发明提供的LDPC译码器，译码流程采用TDMP算法，信息更新采用NMSA算法。TDMP算法将校验矩阵的基矩阵中每一行作为译码过程中的一层，并逐层进行译码。每一层的译码分为校验节点更新和变量节点更新两次扫描，在两次扫描中，每个时钟周期只更新一个子矩阵对应的节点信息。为详细描述TPMP算法，定义如下变量：

y_n：码元n经过AWGN信道后，接收端解调得到的原始信息；

I_n：变量节点n的本征信息；

R_mn：校验节点m传递给变量节点n的外信息；

L_mn：变量节点n传递给校验节点m的先验信息；

S_n：变量节点n的后验信息，也称和信息；

u_n：变量节点n的硬判决结果；

M(n)：与变量节点n相邻的校验节点集合；

N(m)：与校验节点m相邻的变量节点集合；