Cdr中基于三級(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⑶R(ChinaDigitalRadio)系統(tǒng)中基于 三級(jí)流水線的高速Q(mào)C-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8^7(31丨(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Η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(lái)表征。通常，循環(huán)矩陣的首行被稱為它的生 成多項(xiàng)式。
[0003] ⑶R標(biāo)準(zhǔn)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)矩陣彡i〈e,e彡j〈t,t=e+c)構(gòu)成的陣列，如下 所示：
[0005] 其中，I是bXb階單位矩陣，0是bXb階全零矩陣。G的連續(xù)b行和b列分別被稱 為塊行和塊列。由式（1)可知，G有e塊行和t塊列。⑶R標(biāo)準(zhǔn)采用了一種碼率η= 1/4 的QC-LDPC碼，對(duì)于該碼，t= 36,e= 9,c= 27,b= 256。
[0006] ⑶R標(biāo)準(zhǔn)中1/4碼率QC-LDPC編碼器的現(xiàn)有解決方案是基于27個(gè)I型移位寄存器 加累加器（Type-IShift-Register-Adder-Accumulator，SRAA_I)電路的串行編碼器。由 27個(gè)SRAA-I電路構(gòu)成的串行編碼器，在2304個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成編碼。該方案需要13824 個(gè)寄存器、6912個(gè)二輸入與門(mén)和6912個(gè)二輸入異或門(mén)，還需要62208比特ROM存儲(chǔ)循環(huán)矩 陣的生成多項(xiàng)式。該方案有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是需要大量存儲(chǔ)器，導(dǎo)致電路成本高；二是串行輸 入信息比特，編碼速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] ⑶R系統(tǒng)中1/4碼率QC-LDPC編碼器的現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)方案存在成本高、編碼速度慢的缺 點(diǎn)，針對(duì)這些技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于三級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器。
[0008] 如圖2所示，通信系統(tǒng)中基于三級(jí)流水線的高速Q(mào)C-LDPC編碼器主要由3部分組 成型后向迭代電路、高密度矩陣與向量的乘法器和II型后向迭代電路。編碼過(guò)程分3步 完成：第1步，使用I型后向迭代電路計(jì)算向量q和X;第2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3步，使用II型后向迭代電路計(jì)算部分校驗(yàn)向量py，從而得到 校驗(yàn)向量P= (Px，Py)。
[0009] 本發(fā)明提供的⑶R系統(tǒng)中1/4碼率高速Q(mào)C-LDPC編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能在顯著提高 編碼速度的條件下，減少存儲(chǔ)器，從而降低成本，提高吞吐量。
[0010] 關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)與方法可通過(guò)下面的發(fā)明詳述及附圖得到進(jìn)一步的了解。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是行列交換后近似下三角校驗(yàn)矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是基于二級(jí)流水線的QC-LDPC編碼過(guò)程；
[0013] 圖3是循環(huán)左移累加器RLA電路的功能框圖；
[0014] 圖4是由1個(gè)RLA電路構(gòu)成的一種高密度矩陣與向量的乘法器；
[0015] 圖5是I型后向迭代電路；
[0016] 圖6給出了矩陣Q中非零循環(huán)矩陣所在的塊位置及其循環(huán)右移位數(shù)；
[0017] 圖7是II型后向迭代電路；
[0018] 圖8給出了矩陣Y中非零循環(huán)矩陣所在的塊位置及其循環(huán)右移位數(shù)；
[0019] 圖9總結(jié)了編碼器各編碼步驟以及整個(gè)編碼過(guò)程所需的硬件資源和處理時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例作詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更 易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更為清楚明確的界定。
[0021] 循環(huán)矩陣的行重和列重相同，記作w。如果w= 0,那么該循環(huán)矩陣是全零矩陣。如 果w= 1，那么該循環(huán)矩陣是可置換的，稱為置換矩陣，它可通過(guò)對(duì)單位矩陣I循環(huán)右移若干 位得到。QC-LDPC碼的校驗(yàn)矩陣Η是由cXt個(gè)bXb階循環(huán)矩陣&k (1彡j彡c，1彡k彡t，t =e+c)構(gòu)成的如下陣列：
[0022]
[0023] 通常情況下，校驗(yàn)矩陣Η中的任一循環(huán)矩陣要么是全零矩陣（w= 0)要么是置換 矩陣Ο= 1)。令循環(huán)矩陣Hjik的首行g(shù)_jik= (g_jikil,g_jiki2,…，g_jikib)是其生成多項(xiàng)式，其中 0或1 (1彡m彡b)。因?yàn)棣窍∈璧?，所以g]ik只有1個(gè)'1'，甚至沒(méi)有'1'。
[0024] 對(duì)于⑶R系統(tǒng)中1 /4碼率的QC-LDPC碼，Η的前9塊列對(duì)應(yīng)的是信息向量a，后27塊 列對(duì)應(yīng)的是校驗(yàn)向量P。以b比特為一段，信息向量a被等分為9段，即a= (aDa；；，···，；；)）； 校驗(yàn)向量P被等分為27段，即p= (Pdp2，…，p27)。
[0025] 對(duì)校驗(yàn)矩陣Η進(jìn)行行交換和列交換操作，將其變換成近似下三角形狀HAW，如圖1 所示。行列交換的過(guò)程如下：第1步，進(jìn)行塊列交換，前9塊列保持不動(dòng)，后27塊列重新排 序，它們分別對(duì)應(yīng)原來(lái)的第 22、13、11、24、15、17、14、21、16、29、30、10、12、26、25、19、31、35、 18、36、32、33、34、20、23、27、28塊列；第2步，對(duì)所有塊行進(jìn)行塊行交換，它們分別對(duì)應(yīng)原 來(lái)的第 20、4、26、16、2、17、3、12、24、11、6、18、7、27、1、22、14、5、13、23、19、21、15、10、8、25、9 塊行；第3步，將27塊行中的置換矩陣分別循環(huán)左移167、227、130、81、149、72、189、128、3、 236、111、39、81、180、42、171、184、217、130、41、190、7、248、145、97、138、96 位。
[0026] 在圖1中，所有矩陣的單位都是b= 256比特而不是1比特。A是由26X9個(gè)bXb 階循環(huán)矩陣構(gòu)成，B是由26XI個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，T是由26X26個(gè)bXb階循環(huán)矩 陣構(gòu)成，C是由1X9個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，D是由1X1個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成，E是由 1X26個(gè)bXb階循環(huán)矩陣構(gòu)成。T是下三角矩陣，u= 1反映了校驗(yàn)矩陣HAW與下三角矩 陣的接近程度。在圖1中，矩陣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 =Ρι，矩陣τ和E則對(duì)應(yīng)余下的校驗(yàn)向量口￥= (p2，p3，…，p27)。p= (px，py)。上述矩陣和 向量滿足如下關(guān)系：
[0027] ρχτ=Φ(ET (3)
[0028] p/=T'(Aa^Bp/) (4)
[0029] 其中，Φ=(ET4+D) \上標(biāo)"和1分別表示轉(zhuǎn)置和逆。眾所周知，循環(huán)矩陣的逆、 乘積、和仍然是循環(huán)矩陣。因此，Φ也是由循環(huán)矩陣構(gòu)成的陣列。雖然矩陣Ε、Τ、Β和D都 是稀疏矩陣，但通常情況下Φ不再稀疏而是高密度的。
[0030] 令qT=T-1AaT，xT=EqT+CaT以及ρχτ=Φχτ。
[0031] 向量q和χ可由下式計(jì)算得到：
[0035] -旦計(jì)算得出px，式（4)可改寫(xiě)為：
[0036] [ABT][apxpy]τ =Y[aρχpy]τ = 0 (7)
[0037] 其中，
[0038] Υ=[AΒΤ] (8)
[0039] 因?yàn)镼和Υ與Τ一樣都是下三角矩陣，所以式（5)中的[qχ]和式（7)中的？￥都 可采用后向迭代的計(jì)算方式。
[0040] Φ涉及高密度矩陣與向量的乘法，而Q和Y涉及后向迭代計(jì)算。根據(jù)以上討論，可 給出一種基于三級(jí)流水線的QC-LDPC編碼過(guò)程，如圖2所示。
[0041] ρχτ=Φχτ等價(jià)于ρχ=χΦτ。令χ= (χ。x2,…，xuXb)。定義u比特向量sn = (xn,xn+b，…，xn+(u1)xb)，其中1彡η彡b。令Φ』（1彡j彡u)是由Φτ的第j塊列中所有循 環(huán)矩陣生成多項(xiàng)式構(gòu)成的uX