基于四級(jí)流水線的高速qc-ldpc編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信道編碼領(lǐng)域，特別涉及一種通信系統(tǒng)中基于四級(jí)流水線的高速 QC-LDPC編碼器。
【背景技術(shù)】
[0002] 低密度奇偶校驗(yàn)（Low-DensityParity-Check,LDPC)碼是高效的信道編碼技術(shù) 之一，而準(zhǔn)循環(huán)〇^(：(〇皿8卜〇7(311(3〇^(：，〇(：-〇^〇碼是一種特殊的0^(：碼。〇(：-〇^(：碼 的生成矩陣G和校驗(yàn)矩陣H都是由循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列，具有分段循環(huán)的特點(diǎn)，故被稱為 QC-LDPC碼。循環(huán)矩陣的首行是末行循環(huán)右移1位的結(jié)果，其余各行都是其上一行循環(huán)右 移1位的結(jié)果，因此，循環(huán)矩陣完全由其首行來表征。通常，循環(huán)矩陣的首行被稱為它的生 成多項(xiàng)式。
[0003] 通信系統(tǒng)通常采用系統(tǒng)形式的QC-LDPC碼，其生成矩陣G的左半部分是一個(gè)單位 矩陣，右半部分是由eXc個(gè)bXb階循環(huán)矩陣匕」(0彡i〈e，e彡j〈t，t=e+c)構(gòu)成的陣列， 如下所示：
[0004]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，QC-LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H是由cXt個(gè) bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列，其中，c、t和b皆為正整數(shù)，t=e+c，校驗(yàn)矩陣H通過行列交換 變換成近似下三角形狀，可劃分為6個(gè)子矩陣，
，A是由（C-u)Xe個(gè)bXb階 循環(huán)矩陣構(gòu)成，B是由（c-u)Xu個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，下三角矩陣T是由（c-u)X(c-U) 個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，C是由uXe個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，D是由uXu個(gè)bXb階循環(huán) 矩陣構(gòu)成，E是由uX(c-u)個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，其中，u是正整數(shù)，〇 = (EI^B+Dr1是 由uXu個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，0^是由〇T的第j塊列中所有循環(huán)矩陣生成多項(xiàng)式構(gòu)成 的uXb階矩陣，其中，上標(biāo)T和 <分別表示轉(zhuǎn)置和逆，1 <j<u，
是由cXc個(gè) bXb階循環(huán)矩陣Qlk構(gòu)成，其中，I是單位矩陣，0是全零矩陣，1 <j<c，l<c，非零 循環(huán)矩陣Qu相對(duì)于bXb階單位矩陣的循環(huán)右移位數(shù)是S"k，其中，0<\k〈b，Y=[BT] 是由（C-U)Xc個(gè)bXb階循環(huán)矩陣Yj，k構(gòu)成，其中，1彡j彡C-U，1彡k彡c，非零循環(huán)矩陣 Yj，k相對(duì)于bXb階單位矩陣的循環(huán)右移位數(shù)是sj，k，其中，0 <Sj，k〈b，A和C對(duì)應(yīng)信息向量 a，矩陣B和D對(duì)應(yīng)一部分校驗(yàn)向量px，矩陣T和E則對(duì)應(yīng)余下的校驗(yàn)向量py，校驗(yàn)向量p= (Px，Py)，以b比特為一段，信息向量a被等分為e段，即a= (a:,a2，…，ae)，校驗(yàn)向量p被 等分為c段，即p= (Pi，p2，…，pc)，px= (Pi，p2，…，pu)，py= (pu+1，pu+2，…，pc)，向量f被等 分為c-u段，即f=的，f2, ???，f；_u)，向量w被等分為u段，即w= (f；_u+1，f；_u+2，…，fc)， [fw]=的，f2，…，f。)，向量q被等分為c-u段，即q= (q。q2，…，qj，向量x被等分為 u段，即x= (qc_u+1,qc_u+2，…，qc)，[qx] = (q:，q2，…，qc)，向量y被等分為c-u段，即y= h，y2，…，Li)，其特征在于，所述編碼器包括以下部件： 稀疏矩陣與向量的乘法器，由t個(gè)b比特寄存器R1:1，&2,…，R1:t和c個(gè)多輸入異或門Xl，l，Xl，2,…，Xl，。組成，用于計(jì)算向量f和W ; I型后向迭代電路，由c個(gè)b比特寄存器R2，i，R2,2，…，R2，。和c-1個(gè)多輸入模2加法器 …，4，。組成，用于計(jì)算向量q和x ; 高密度矩陣與向量的乘法器，由u個(gè)查找表1^，L2，…，Lu、2u個(gè)b比特寄存器R3;1，R3,2，… ，R3,2u和u個(gè)b位二輸入異或門X3;1，X3,2，…，X3，u組成，用于計(jì)算部分校驗(yàn)向量px，查找表 LpL2，…，Lu分別存儲(chǔ)可變的u比特向量與固定的矩陣〇i，，…，的所有可能乘積； II型后向迭代電路，由c個(gè)b比特寄存器R41，R4,2，…，R4，。和c-u個(gè)多輸入模2加法器A41，A4,2，…，\_組成，用于計(jì)算向量y，y與向量q異或得到部分校驗(yàn)向量py，從而得到校 驗(yàn)向量P=(Px,Py)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，其特征在于，所 述稀疏矩陣與向量的乘法器計(jì)算向量f和w的步驟如下： 第1步，輸入信息段叫，a2，…，ae，將它們分別存入寄存器R1; ^R1;2，…，R1;e中； 第2步，寄存器R1;1，R1;2，…，Ru同時(shí)循環(huán)左移1次，異或門X1;1，\2，…，\，。分別將異 或結(jié)果左移入寄存器R1;e+1，R1;e+2，…，R1;t中； 第3步，重復(fù)第2步b次，完成后，寄存器R1;e+1，R1;e+2，…，R1; t存儲(chǔ)的內(nèi)容分別是向量段f\，f2，…，f。，它們構(gòu)成了向量f?和w。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，其特征在于，所 述I型后向迭代電路計(jì)算向量q和x的步驟如下： 第1步，輸入向量段，將向量段qi=fi存入寄存器Ry中； 第2步，輸入向量段fj，非零循環(huán)矩陣Qj，k對(duì)應(yīng)的向量段qk被循環(huán)左移sj，k位后送入多 輸入模2加法器A2,」中與向量段f」進(jìn)行異或運(yùn)算，異或結(jié)果q」被存入寄存器R2,」中，其中， 2 彡j彡c，1 彡k〈j，0 彡Sj'k〈b; 第3步，以1為步長(zhǎng)遞增改變j的取值，重復(fù)第2步c-1次，最終，寄存器R2,i，R2,2，…，R2,。 存儲(chǔ)的分別是向量段q。q2，…，q。，它們構(gòu)成了向量q和X。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，其特征在于，所 述高密度矩陣與向量的乘法器計(jì)算向量px的步驟如下： 第1步，清零寄存器R3，u+1，R3，u+2，…，R3,2u，輸入向量段Xi，x2，…，xu，將它們分別存入寄存 器R3，l,R3,2,…，R3，u中； 第2步，寄存器R3;1，R3,2，…，R3，u同時(shí)循環(huán)左移1次，異或門X3;1，X3,2，…，X3，u分別對(duì)查 找表U,L2，…，Lu的輸出和寄存器R3，u+1,R3，u+2，…，馬，211的內(nèi)容進(jìn)行異或，異或結(jié)果被循環(huán)左 移1次后分別存回寄存器R3，u+1，R3，u+2，…，R3,2u; 第3步，重復(fù)第2步b次，完成后，寄存器R3,u+1，R3,u+2，…，R3,2u存儲(chǔ)的內(nèi)容分別是校驗(yàn)段Pi，P2,…，Pu，它們構(gòu)成了部分校驗(yàn)向量Px。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，其特征在于，所 述II型后向迭代電路計(jì)算向量y的步驟如下： 第1步，輸入校驗(yàn)段Pi，P2，…，Pu，將它們分別存入寄存器R4;c;-U+1，R4;c;-u+2，…，R4，。中； 第2步，非零循環(huán)矩陣Yj，k對(duì)應(yīng)的向量段pk或yk被循環(huán)左移s115位后送入多輸入模2加 法器\」中進(jìn)行異或運(yùn)算，異或結(jié)果y」被存入寄存器R4,」中，其中，1彡j彡c-u，1彡k〈u+j， 0 ^sJ；k<b； 第3步，以1為步長(zhǎng)遞增改變j的取值，重復(fù)第2步c-u次，最終，寄存器R4;1，R4,2，… ，R4^u存儲(chǔ)的分別是向量段ypy2，…，yw它們構(gòu)成了向量y。
6. -種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼方法，QC-LDPC碼的校驗(yàn)矩陣H是由cXt 個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列，其中，c、t和b皆為正整數(shù)，t=e+c，校驗(yàn)矩陣H通過 行列交換變換成近似下三角形狀，可劃分為6個(gè)子矩陣，
，A是由（c-u)Xe 個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，B是由（c-u)Xu個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，下三角矩陣T是由(C-U)X(C-U)個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，C是由uXe個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，D是由uXu 個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，E是由uX(c-u)個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，其中，u是正整數(shù)，〇 = (ETl+Dr1是由uXu個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，』是由的第j塊列中所有循環(huán)矩陣生成 多項(xiàng)式構(gòu)成的uXb階矩陣，其中，上標(biāo)T和 <分別表示轉(zhuǎn)置和逆，1 <j<u，
：是由 cXc個(gè)bXb階循環(huán)矩陣Q」，k構(gòu)成，其中，I是單位矩陣，0是全零矩陣，1彡j彡c，1彡k彡c， 非零循環(huán)矩陣Qlk相對(duì)于bXb階單位矩陣的循環(huán)右移位數(shù)是su，其中，0 < \k〈b，Y=[B T]是由（c-u)Xc個(gè)bXb階循環(huán)矩陣Yj，k構(gòu)成，其中，1彡j彡c-u，1彡k彡c，非零循環(huán)矩 陣Yj，k相對(duì)于bXb階單位矩陣的循環(huán)右移位數(shù)是sj，k，其中，0彡Sj，k〈b，A和C對(duì)應(yīng)信息向 量a，矩陣B和D對(duì)應(yīng)一部分校驗(yàn)向量px，矩陣T和E則對(duì)應(yīng)余下的校驗(yàn)向量py，校驗(yàn)向量 P= (Px，Py)，以b比特為一段，信息向量a被等分為e段，即a= (a^a2，…，ae)，校驗(yàn)向量p被等分為c段，即p= (PnPr'plpf(Pi，p2，…，pu)，py= (pu+1，pu+2，…，pc)，向量f被 等分為c-u段，即f=的，f2，…，f；_u)，向量w被等分為u段，即w= (f；_u+1，f；_u+2，…，fc)， [fw]=的，f2，…，f。)，向量q被等分為c-u段，即q= (q。q2，…，qj，向量x被等分為 u段，即x= (qc_u+1,qc_u+2，…，qc)，[qx] = (q:，q2，…，qc)，向量y被等分為c-u段，即y= (yi，y2，…，y。-。)，其特征在于，所述編碼方法包括以下步驟： 第1步，使用稀疏矩陣與向量的乘法器計(jì)算向量f和W; 第2步，使用I型后向迭代電路計(jì)算向量q和x; 第3步，使用高密度矩陣與向量的乘法器計(jì)算部分校驗(yàn)向量px; 第4步，使用II型后向迭代電路計(jì)算向量y，y與向量q異或得到部分校驗(yàn)向量py，從 而得到校驗(yàn)向量P= (Px，Py)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于四級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器，該編碼器包括1個(gè)稀疏矩陣與向量的乘法器、1個(gè)I型后向迭代電路、1個(gè)高密度矩陣與向量的乘法器和1個(gè)II型后向迭代電路。稀疏矩陣與向量的乘法器實(shí)現(xiàn)稀疏矩陣與向量的乘法運(yùn)算，高密度矩陣與向量的乘法器實(shí)現(xiàn)高密度矩陣與向量的乘法運(yùn)算，I型和II型后向迭代電路都實(shí)現(xiàn)后向迭代運(yùn)算。整個(gè)編碼過程劃分為4級(jí)流水線。發(fā)明提供的高速Q(mào)C-LDPC編碼器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成低、吞吐量大等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H03M13-11
【公開號(hào)】CN104579365
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048099
【發(fā)明人】張鵬, 劉志文, 張燕
【申請(qǐng)人】榮成市鼎通電子信息科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日