專利名稱：Ccsds系統(tǒng)rs編碼中常系數(shù)矩陣的生成裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，特別涉及一種CCSDS系統(tǒng)RS編碼中常系數(shù)矩陣的生成方法。
背景技術(shù)：
里德——索羅門(Reed-Solomon’RS)碼是一類具有很強糾錯能力的多進制BCH碼，它既能糾正隨機誤碼也能糾正突發(fā)誤碼，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。CCSDS推薦采用有限域GF(28)上的(255，k)系統(tǒng)RS碼。RS碼長為n=255字節(jié)，碼率有2種，分別是k=223，k=239。圖1給出了這2種碼率下RS碼的生成多項式系數(shù)gi，&用α的冪次表示形式表示。2種碼率下RS碼分別有32、16個生成多項式系數(shù)，共有23個不同的生成多項式系數(shù)。CCSDS推薦兩種RS碼編碼方法，如圖2所示，一種是Berlekamp串行編碼方法，對于高速應(yīng)用，Berlekamp串行編碼方法很難達到設(shè)計要求；另外一種是采用常規(guī)編碼方法，常規(guī)編碼方法常采用常規(guī)并行編碼器，編碼器的輸入和輸出都是用規(guī)范基U，α,..., α-1}表示，常規(guī)并行編碼器結(jié)構(gòu)如圖3所示，它主要由移位寄存器、有限域加法器和有限域乘法器組成，其實現(xiàn)復(fù)雜度在很大程度上取決于有限域乘法器?，F(xiàn)有技術(shù)采用矩陣連乘UV(gi)W實現(xiàn)有限域乘法，其中矩陣U和矩陣W取決于采用規(guī)范基{1，α,..., α-1}的何種對偶基，常數(shù)乘數(shù)矩陣V(gi)的生成是設(shè)計的關(guān)鍵。對于有限域GF(28)，乘數(shù)矩陣V(gi)的維度為8X8，對于每個生成多項式系數(shù)gi，現(xiàn)有技術(shù)需要進行I次查表運算得到矩陣V(gi)的第一行元素，接著進行7次復(fù)雜運算分別得到矩陣V (gi)的其余7行元素，每次復(fù)雜運算包括的平均運算量為8次乘法和7次加法。CCSDS系統(tǒng)共有23個不同的生成多項式系數(shù)，因此，現(xiàn)有方法需要進行23次查表運算、23*7*8=1288次乘法和23*7*7=1127次加法。可見現(xiàn)有構(gòu)造乘數(shù)矩陣的方法計算量大，由此帶來常系數(shù)矩陣生成速度慢的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
針對CCSDS系統(tǒng)RS編碼存在的構(gòu)造乘數(shù)矩陣計算量大的技術(shù)缺點，本發(fā)明提供了一種快速生成常系數(shù)矩陣的方法，有效降低矩陣生成的計算量，提高常系數(shù)矩陣的生成速度。如圖5所示，常系數(shù)矩陣的生成裝置主要由控制器、域元素二進制表示查找表、基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器、逆基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器、乘法運算單元、存儲單元六部分組成。整個常系數(shù)矩陣的生成過程分五步完成:第一步，根據(jù)本原多項式生成域元素二進制表示查找表，查找表的索引為域元素的冪j，其中，O ( j〈255，查找表每行的內(nèi)容為域元素的二進制表示；第二步，控制器以I (生成多項式系數(shù)gi的冪次表示形式為α工)為索引從域元素二進制表示查找表中讀取連續(xù)8個域元素α1，α1+1,-, α 1+7的二進制表示構(gòu)成乘數(shù)矩陣V(gi)，讀取時采用循環(huán)讀取方式，若1+7>254，即從第I行到表末行不足8行時，則接著從表首行(第O行)讀取，直到讀取完8個域元素的二進制表示；第三步，控制器讀取逆基轉(zhuǎn)換矩陣U，U與V(gi)在乘法運算單元完成乘法UV(gi)，所得乘積T(gi)寫入存儲單元；第四步，控制器讀取基轉(zhuǎn)換矩陣W，與存儲單元中的乘積中間值T(gi)在乘法運算單元完成乘法T(gi)W，所得乘積即為乘數(shù)矩陣z (gi);第五步，重復(fù)第二、三、四步，得到所有23個生成多項式系數(shù)的常系數(shù)矩陣。綜上可見，與現(xiàn)有解決方案相比，本發(fā)明去掉了構(gòu)造乘數(shù)矩陣涉及的23*7*8=1288次乘法和23*7*7=1127次加法,對于每個生成多項式系數(shù)gi,只需從域元素二進制表示查找表中取出相應(yīng)的連續(xù)8個域元素的二進制表示即可構(gòu)造其乘數(shù)矩陣，進而生成常系數(shù)矩陣，計算量低，易于實現(xiàn)，能明顯提高常系數(shù)矩陣的生成速度。關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可通過接下來的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。


圖1給出了 2種碼率下RS碼的生成多項式系數(shù)gi Qi用α冪次表示形式表示)；圖2給出了 CCSDS系統(tǒng)推薦的兩種RS編碼方法；圖3是并行RS編碼器的結(jié)構(gòu)框圖；圖4給出了生成常系數(shù)矩陣的簡化流程圖；圖5給出了常系數(shù)矩陣的生成裝置功能框圖；圖6給出了部分域元素的二進制表示；圖7比較了兩種常系數(shù)矩陣生成方案的運算量。`
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。RS編碼器中的運算都是在伽羅華域中完成的，伽羅華域GF(2m)中任意元素Q都可以用基{1，a,..., Q-1I = Iy0, Y1，…，Ym-J來表示，我們稱這個基為規(guī)范基。通常用{ Y 0.Y I,..., Ym-J來表示GF(2m)上的規(guī)范基。如果另外一組基{τ。，τ 1；..., τ m_J滿足:
權(quán)利要求
1.一種CCSDS系統(tǒng)RS編碼中常系數(shù)矩陣的生成裝置，常系數(shù)矩陣Z(gi)=UV(gi)W，其中U為逆基轉(zhuǎn)換矩陣，W為基轉(zhuǎn)換矩陣，V (gi)為乘數(shù)矩陣，gi為生成多項式的系數(shù)，CCSDS系統(tǒng)采用有限域GF(28)上的(255，k)系統(tǒng)RS碼，RS碼本原多項式為p(x)=x8+x7+x2+x+l，RS碼長恒為n=255字節(jié)，碼率有2種，分別是k=239，k=223，2種碼率下RS碼分別有16、32個生成多項式系數(shù)，共有23個不同的生成多項式系數(shù)，其特征在于，所述裝置包括以下部件: 控制器，用于控制查找表的讀取、基轉(zhuǎn)換矩陣的讀取、逆基轉(zhuǎn)換矩陣的讀取和矩陣連乘運算、矩陣連乘的中間結(jié)果的存儲與讀??； 域元素二進制表示查找表，用于存儲域元素的二進制表示； 基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器，用于存儲基轉(zhuǎn)換矩陣W ； 逆基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器，用于存儲逆基轉(zhuǎn)換矩陣U ； 乘法運算單元，用于實現(xiàn)矩陣連乘UV(gi)W ； 存儲單元，用于存儲矩陣連乘的中間結(jié)果T(gi)=UV(gi)。
2.如權(quán)利要求1所述的常系數(shù)矩陣生成裝置，其特征在于，所述域元素二進制表示查找表的索引是域元素的冪j，其中，O < j〈255，每個存儲單元保存的內(nèi)容為域元素的二進制表不。
3.如權(quán)利要求1所述的常系數(shù)矩陣生成裝置，其特征在于，所述乘法運算單元用于實現(xiàn)矩陣連乘uv(gi)w: 矩陣U乘以矩陣V(gi)，所得乘積T(gi)存于存儲單元； T(gi)乘以矩陣W，所得乘積即為常系數(shù)矩陣Z(gi)。
4.一種并行RS編碼中常系數(shù)矩陣的生成方法，常系數(shù)矩陣Z (gi) =UV (gi) W，其中U為逆基轉(zhuǎn)換矩陣，W為基轉(zhuǎn)換矩陣，V(gi)為乘數(shù)矩陣，gi為生成多項式的系數(shù)，CCSDS系統(tǒng)采用有限域GF(28)上的(255，k)系統(tǒng)RS碼，RS碼本原多項式為p(x)=x8+x7+x2+x+l，RS碼長恒為n=255字節(jié)，碼率有2種，分別是k=239，k=223，2種碼率下RS碼分別有16、32個生成多項式系數(shù)，共有23個不同的生成多項式系數(shù)，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)根據(jù)本原多項式生成域元素二進制表示查找表，查找表的索引為域元素的冪j，其中，O ( j〈255，查找表每行的內(nèi)容為域元素的二進制表示； (2)控制器以I(生成多項式系數(shù)gi的冪次表示形式為α工)為索引從域元素二進制表示查找表中讀取連續(xù)8個域元素α1，α1+1,..., α 1+7的二進制表示構(gòu)成乘數(shù)矩陣V (gi)，讀取時采用循環(huán)讀取方式，若1+7>254，即從第I行到表末行不足8行時，則接著從表首行(第O行)讀取，直到讀取完8個域元素的二進制表示； (3)控制器讀取逆基轉(zhuǎn)換矩陣U，U與V(gi)在乘法運算單元完成乘法UV(gi)，所得乘積T(gi)寫入存儲單元； (4)控制器讀取基轉(zhuǎn)換矩陣W，與存儲單元中的乘積中間值T(gi)在乘法運算單元完成乘法T(gi)W，所得乘積即為常系數(shù)矩陣Z(gi)； (5)重復(fù)步驟(2)、(3)、(4)得到所有23個系數(shù)的常系數(shù)矩陣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CCSDS系統(tǒng)并行RS編碼中常系數(shù)矩陣的生成方案，其特征在于，所述常系數(shù)矩陣的生成裝置主要由控制器、域元素二進制表示查找表、基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器、逆基轉(zhuǎn)換矩陣存儲器、乘法運算單元、存儲單元六部分組成。本發(fā)明去掉了構(gòu)造乘數(shù)矩陣涉及的1288次乘法和1127次加法，對于每個生成多項式系數(shù)而言，只需從域元素二進制表示查找表中取出相應(yīng)的連續(xù)8個域元素的二進制表示即可構(gòu)造其乘數(shù)矩陣，進而生成其常系數(shù)矩陣。本發(fā)明計算量低，易于實現(xiàn)，能明顯提高常系數(shù)矩陣的生成速度。
文檔編號H03M13/15GK103152059SQ20131002603
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者張鵬, 陳晉倫, 蔣藍(lán)祥, 劉蕾, 林子良 申請人:蘇州威士達信息科技有限公司