專利名稱：一種低復(fù)雜度的低密度奇偶校驗(yàn)ldpc碼編碼電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)與系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及數(shù)據(jù)傳輸糾錯(cuò)技術(shù)中的LDPC碼糾錯(cuò)編碼電路的實(shí)現(xiàn)。具體涉及針對(duì)具有近似下三角形式的準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的LDPC碼的編碼電路的實(shí)現(xiàn)，為一種低復(fù)雜度的LDPC碼的編碼電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通信的目的是把對(duì)方不知道的消息及時(shí)可靠的傳送到對(duì)方，提高信息傳輸?shù)目煽啃院陀行?，始終是通信工作追求的目標(biāo)。信道編碼是為了保證通信系統(tǒng)的傳輸可靠性、克服信道中的噪聲和干擾而專門設(shè)計(jì)的一類抗干擾的技術(shù)和方法。它根據(jù)一定的規(guī)律在待發(fā)送的信息碼元中人為的加入一些必要的校驗(yàn)碼元，在接收端，利用這些檢驗(yàn)碼元與信息碼元的規(guī)律發(fā)現(xiàn)和糾正差錯(cuò)，以提高信息碼元傳輸?shù)目煽啃?。待發(fā)送的碼元信息為信息碼元，人為的加入多余碼元為校驗(yàn)碼元。信道編碼的目的是試圖以最少的校驗(yàn)碼元換取最大程度的可靠性的提高。在通信系統(tǒng)中，糾錯(cuò)編碼被用來(lái)提高信道傳輸?shù)目煽啃院凸β世寐剩琇DPC(Low-density Parity-check,低密度奇偶校驗(yàn))碼是一種性能較好的糾錯(cuò)編碼。LDPC碼最初由Gallager提出，但是并沒(méi)有引起足夠的重視，直到Turbo碼提出后，人們?cè)谘芯縏urbo碼的迭代解碼時(shí)，發(fā)現(xiàn)二者具有相同的特性，即約束隨機(jī)碼集合以及迭代解碼的特性，隨后掀起了 LDPC碼的研究高潮。LDPC碼以其逼近香農(nóng)極限的性能和可完全并行實(shí)現(xiàn)迭代譯碼的特點(diǎn)，在許多場(chǎng)合下性能優(yōu)于其他信道編解碼，正逐漸成為無(wú)線傳感網(wǎng)中信道糾錯(cuò)碼研究的熱點(diǎn)，目前已經(jīng)有許多系統(tǒng)選擇使用LDPC碼，如衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB-S2和下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。不同于其他線性分組碼，LDPC碼是由其H矩陣來(lái)表示的。H矩陣的特性直接影響到LDPC碼的編碼復(fù)雜度。LDPC碼所面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是其較高的編碼復(fù)雜度和編碼延時(shí)。如果采用普通的編碼方式，LDPC碼編碼器具有與碼長(zhǎng)成二次方的編碼復(fù)雜度，在碼長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)這是難以接受的。因此，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，主要考慮具有特定結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)矩陣的LDPC碼。LDPC碼是一種具有稀疏校驗(yàn)矩陣的線性糾錯(cuò)碼。其校驗(yàn)矩陣的元素除了一小部分為I以外，其他絕大多數(shù)均為零。不同于其他線性分組碼，LDPC碼是由其校驗(yàn)矩陣H來(lái)表示的，一般的編碼方式也是將生成矩陣G轉(zhuǎn)換為校驗(yàn)矩陣H來(lái)完成編碼。LDPC碼常見的編碼算法有G矩陣實(shí)現(xiàn)方法，RU分解算法，LU預(yù)分解算法等。其中RU分解算法是結(jié)構(gòu)化的LDPC碼最常用的編碼算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題為在碼率大于O. 5的LDPC碼編碼電路中采用按行部分并行的編碼方式具有極大的優(yōu)勢(shì)，而目前的LDPC碼編碼電路采用全并行的或者按列部分并行的運(yùn)算方式，對(duì)于碼率大于O. 5的LDPC碼來(lái)說(shuō)，按列編碼相比于按行編碼需要更多的桶形移位器以及累加器單元。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種低復(fù)雜度的低密度奇偶校驗(yàn)LDPC碼編碼電路結(jié)構(gòu)，其特征是應(yīng)用本電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼的來(lái)自信源的輸入信息為輸入的信息序列s以及校驗(yàn)序列P按Z位劃分為kb=nb — mb個(gè)組，則s = [sQ，s15.…，…，pkb—J，因此整個(gè)碼字可表示為:C = [S P]=[S0，Si，….·Skb-1-Pu-Pl…設(shè)校驗(yàn)矩陣H表示為=H=^1H2] ,H1對(duì)應(yīng)于信息序列部分,H2對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)碼字部分， j為校驗(yàn)矩陣H中的分塊矩陣，分塊大小為z ；根據(jù)Hct=O以及H1和H2的特征得到P。= Σ ΛΑ ;定義=，i=0，I,…，mb-l，上面的方程可表示為，ρ0 = 2Γ；—% ；根據(jù)P0 求得 IP1=入 0+ Π !PoPm1-1 =λιη ) ^+Π, P0ρχ+1 = λ χ+ρ0+ρχpi+1= λ J+Pi i ^ O, χ, mb-l其中X是校驗(yàn)矩陣H中對(duì)應(yīng)校驗(yàn)序列部分H2中第一列為O的元素所在的行值；其中參數(shù)說(shuō)明如下z為低密度奇偶校驗(yàn)碼的分組值；kb為輸入待編碼的信息序列按照z位進(jìn)行分組的組數(shù)；nb為經(jīng)編碼之后的序列按照z位進(jìn)行分組的組數(shù)；mb為校驗(yàn)碼字按照z位進(jìn)行分組的組數(shù)；s為信息序列，按z位分組后得到:s = [s0，si’....，skb—J ；P為校驗(yàn)碼字，按z位分組后得到P =IPo5Pu....At-J ;Pi為校驗(yàn)碼字P的按z位分組后的第i個(gè)分組；c為經(jīng)編碼之后的整個(gè)碼字序列；H為校驗(yàn)矩陣，H1對(duì)應(yīng)于信息序列部分，H2對(duì)應(yīng)于校驗(yàn)碼字部分；X是校驗(yàn)矩陣H中對(duì)應(yīng)校驗(yàn)序列部分H2中第一個(gè)分塊矩陣為“O”的行所在的行號(hào)。根據(jù)上面的校驗(yàn)碼字的計(jì)算方法，輸入的信息序列按照z位分組輸入；本電路結(jié)構(gòu)包括校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)器801、桶形移位器組802、累加器組803、先入先出緩存804、第一數(shù)據(jù)選擇器805、校驗(yàn)碼字計(jì)算模塊806、第二數(shù)據(jù)選擇器807、地址計(jì)數(shù)器808、控制電路809和輸入控制模塊810 ；所述桶形移位器組802包括mb個(gè)相同的桶形移位器組；累加器組803包括mb個(gè)相同的累加器；mb的值與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的行數(shù)相同；每個(gè)桶形移位器組對(duì)應(yīng)一個(gè)累加器；輸入的信息序列按照z位分組輸入，輸入的每一組信息序列經(jīng)桶形移位器組802與存儲(chǔ)在校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)器801中的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣按行對(duì)應(yīng)乘法運(yùn)算；該乘法運(yùn)算由桶形移位器完成，桶形移位器的運(yùn)算結(jié)果即為IiiijSj ；輸入控制電路810控制的操作是每輸入一組信息序列，完成一次乘法運(yùn)算，同時(shí)校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)器801的地址加1，給出校驗(yàn)矩陣下一列的值 ；
每一組信息序列經(jīng)過(guò)乘法運(yùn)算的結(jié)果經(jīng)過(guò)累加器組803，按對(duì)應(yīng)的行累加；當(dāng)所有的信息序列輸入完畢后，即完成了輸入的信息序列與校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)位的按行分組相乘和累加運(yùn)算，按行累加的結(jié)果為入i ;控制電路809、第一數(shù)據(jù)選擇器805以及校驗(yàn)碼字計(jì)算模塊806通過(guò)累加、移位以及寄存器電路，對(duì)分塊累加的結(jié)果λ i再次有選擇性的進(jìn)行累加或者移位后累加，由此分塊計(jì)算出校驗(yàn)碼字P;即完成整個(gè)編碼的過(guò)程；最后，輸入的信息序列經(jīng)過(guò)先入先出緩存804，與校驗(yàn)碼字通過(guò)第二數(shù)據(jù)選擇器807連續(xù)輸出，得到具有容錯(cuò)能力的碼字。


圖1為L(zhǎng)DPC碼在通信系統(tǒng)中的位置；圖2為一種具有準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的近似下三角形式的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣；圖3為低復(fù)雜度的LDPC碼的編碼電路結(jié)構(gòu)；圖4為L(zhǎng)DPC碼的矩陣乘法運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方案。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
以及所在系統(tǒng)進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。 本發(fā)明的技術(shù)方案為一種應(yīng)用于通信系統(tǒng)的低密度奇偶校驗(yàn)碼的糾錯(cuò)編碼電路結(jié)構(gòu)，本電路結(jié)構(gòu)根據(jù)LDPC碼校驗(yàn)矩陣，進(jìn)行分行運(yùn)算，然后求取輸入信息序列的校驗(yàn)碼字，實(shí)現(xiàn)具有近似下三角形式的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的低復(fù)雜度編碼；具體如下該編碼電路結(jié)構(gòu)針對(duì)校驗(yàn)矩陣為近似下三角形式的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼；具有該特性的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H—般采用分塊的形式表示，其中分塊后的每一個(gè)矩陣塊，絕大部分為零矩陣，其他的矩陣為z位的單位陣循環(huán)移位后的結(jié)果，z為矩陣分塊的大??；編碼的過(guò)程中，輸入的信息序列也按照z位分組輸入，輸入的每一組信息序列經(jīng)桶形移位器組與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣進(jìn)行按行對(duì)應(yīng)乘法運(yùn)算，該乘法運(yùn)算由各桶形移位器完成。桶形移位器組中桶形移位器的數(shù)量與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的行數(shù)相同。輸入控制電路控制每輸入一組信息序列，完成一次乘法運(yùn)算，同時(shí)校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)器的地址加1，給出校驗(yàn)矩陣下一列的值。每一組信息序列經(jīng)過(guò)乘法運(yùn)算的結(jié)果，經(jīng)過(guò)累加器組，按對(duì)應(yīng)的行累加，當(dāng)所有的信息序列輸入完畢后，即完成了輸入的信息序列與校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)位的按行分組相乘以及累加運(yùn)算?？刂齐娐房刂频贗數(shù)據(jù)選擇器，以及校驗(yàn)碼字計(jì)算模組，通過(guò)累加，移位以及寄存器等電路，對(duì)前面分塊累加的結(jié)果再次有選擇性地進(jìn)行累加或者移位后累加，由此分塊計(jì)算出校驗(yàn)碼字。最后，輸入的信息序列經(jīng)過(guò)先入先出緩存，與計(jì)算得到的校驗(yàn)碼字通過(guò)第2數(shù)據(jù)選擇器連續(xù)輸出，最終得到信息序列經(jīng)過(guò)該LDPC碼的校驗(yàn)矩陣編碼之后具有容錯(cuò)能力的碼字。圖1為通信系統(tǒng)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)圖，LDPC編碼在發(fā)射機(jī)的信源之后，調(diào)制之前，用于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在接收機(jī)部分對(duì)應(yīng)的有LDPC譯碼電路。圖2 (a)和(b)為一種具有準(zhǔn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的近似下三角形式的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣，圖2 (a)中給出了一種碼率為2/3，碼長(zhǎng)為576的LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H，該校驗(yàn)矩陣采用矩陣分塊的形式表示，圖2(a)圖中表格的每個(gè)數(shù)據(jù)表示長(zhǎng)度z=24的單位矩陣按表格中的數(shù)值進(jìn)行循環(huán)右移之后的結(jié)果，例如圖2(a)中第一行第一列的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)右移之后的結(jié)果，即為圖2(b)中所示的矩陣。從圖2(a)中可以看到，表格中的絕大部分元素為零，也說(shuō)明了LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的稀疏性。圖3為給出的具有低復(fù)雜度的LDPC碼的編碼電路結(jié)構(gòu)，編碼的過(guò)程中，輸入的信息序列也按照z位分組輸入，輸入的每一組信息序列經(jīng)桶形移位器組802與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣801進(jìn)行按行對(duì)應(yīng)乘法運(yùn)算，該乘法運(yùn)算由桶形移位器完成。桶形移位器組802中桶形移位器的數(shù)量與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣的行數(shù)相同。輸入控制電路810，控制每輸入一組信息序列，完成一次乘法運(yùn)算，同時(shí)校驗(yàn)矩陣存儲(chǔ)器的地址加1，給出校驗(yàn)矩陣下一列的值。每一組信息序列經(jīng)過(guò)乘法運(yùn)算的結(jié)果，經(jīng)過(guò)803累加器組，按對(duì)應(yīng)的行累加，當(dāng)所有的信息序列輸入完畢后，即完成了輸入的信息序列與校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)位的按行分組相乘以及累加運(yùn)算?？刂齐娐?09，第一數(shù)據(jù)選擇器805，以及校驗(yàn)碼字計(jì)算模塊806，通過(guò)累加，移位以及寄存器等電路，對(duì)前面分塊累加的結(jié)果再次有選擇性的進(jìn)行累加或者移位后累加，由此分塊計(jì)算出校驗(yàn)碼字。最后，輸入的信息序列經(jīng)過(guò)先入先出緩存，與計(jì)算得到的校驗(yàn)碼字通過(guò)第二數(shù)據(jù)選擇器807連續(xù)輸出，最終得到信息序列經(jīng)過(guò)該LDPC碼的校驗(yàn)矩陣編碼之后具有容錯(cuò)能力的碼字。圖4為進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算的桶形移位器，前面提到的矩陣乘法運(yùn)算即可采用圖中給出的桶形移位結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖中給出的桶形移位器的位數(shù)為z=8，輸入數(shù)據(jù)a0—a7，桶形移位器通過(guò)輸入數(shù)據(jù)sO — s2控制移位的情況，最終得到移位的數(shù)據(jù)d0 — d7，圖中的mux為二選一的數(shù)據(jù)選擇器。
權(quán)利要求
1.一種低復(fù)雜度的低密度奇偶校驗(yàn)LDPC碼編碼電路結(jié)構(gòu)，其特征是 應(yīng)用本電路結(jié)構(gòu)，輸入的信息序列S以及校驗(yàn)序列P按Z位劃分為kb=nb — mb個(gè)組，則
全文摘要
一種低復(fù)雜度的低密度奇偶校驗(yàn)LDPC碼編碼電路結(jié)構(gòu)，該LDPC碼的編碼電路結(jié)構(gòu)包括乘法運(yùn)算電路，加法運(yùn)算電路，以及控制電路。該編碼電路通過(guò)輸入的原始未編碼的信息序列與LDPC碼的校驗(yàn)矩陣進(jìn)行按行運(yùn)算，最終求取校驗(yàn)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)。該編碼電路結(jié)構(gòu)針對(duì)碼率大于0.5，具有近似下三角形式的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼，采用按照LDPC碼校驗(yàn)矩陣的行進(jìn)行運(yùn)算的方式，減少硬件資源，并且采用部分并行的運(yùn)算方式，保證編碼電路的數(shù)據(jù)吞吐量，實(shí)現(xiàn)具有接近于下三角形式的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的低復(fù)雜度編碼。
文檔編號(hào)H03M13/11GK103036577SQ20121058403
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者張萌, 王濤, 郭良謙, 吳建輝, 蔡琰, 談其鳳, 田茜 申請(qǐng)人:東南大學(xué)