基于四级流水线的高速qc-ldpc编码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信道编码领域，特别涉及一种通信系统中基于四级流水线的高速 QC-LDPC编码器。
【背景技术】
[0002] 低密度奇偶校验（Low-DensityParity-Check,LDPC)码是高效的信道编码技术 之一，而准循环〇^(：(〇皿8卜〇7(311(3〇^(：，〇(：-〇^〇码是一种特殊的0^(：码。〇(：-〇^(：码 的生成矩阵G和校验矩阵H都是由循环矩阵构成的阵列，具有分段循环的特点，故被称为 QC-LDPC码。循环矩阵的首行是末行循环右移1位的结果，其余各行都是其上一行循环右 移1位的结果，因此，循环矩阵完全由其首行来表征。通常，循环矩阵的首行被称为它的生 成多项式。
[0003] 通信系统通常采用系统形式的QC-LDPC码，其生成矩阵G的左半部分是一个单位 矩阵，右半部分是由eXc个bXb阶循环矩阵匕」(0彡i〈e，e彡j〈t，t=e+c)构成的阵列， 如下所示：
[0004]
【主权项】
1. 一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，QC-LDPC码的校验矩阵H是由cXt个 bXb阶循环矩阵构成的阵列，其中，c、t和b皆为正整数，t=e+c，校验矩阵H通过行列交换 变换成近似下三角形状，可划分为6个子矩阵，
，A是由（C-u)Xe个bXb阶 循环矩阵构成，B是由（c-u)Xu个bXb阶循环矩阵构成，下三角矩阵T是由（c-u)X(c-U) 个bXb阶循环矩阵构成，C是由uXe个bXb阶循环矩阵构成，D是由uXu个bXb阶循环 矩阵构成，E是由uX(c-u)个bXb阶循环矩阵构成，其中，u是正整数，〇 = (EI^B+Dr1是 由uXu个bXb阶循环矩阵构成，0^是由〇T的第j块列中所有循环矩阵生成多项式构成 的uXb阶矩阵，其中，上标T和 <分别表示转置和逆，1 <j<u，
是由cXc个 bXb阶循环矩阵Qlk构成，其中，I是单位矩阵，0是全零矩阵，1 <j<c，l<c，非零 循环矩阵Qu相对于bXb阶单位矩阵的循环右移位数是S"k，其中，0<\k〈b，Y=[BT] 是由（C-U)Xc个bXb阶循环矩阵Yj，k构成，其中，1彡j彡C-U，1彡k彡c，非零循环矩阵 Yj，k相对于bXb阶单位矩阵的循环右移位数是sj，k，其中，0 <Sj，k〈b，A和C对应信息向量 a，矩阵B和D对应一部分校验向量px，矩阵T和E则对应余下的校验向量py，校验向量p= (Px，Py)，以b比特为一段，信息向量a被等分为e段，即a= (a:,a2，…，ae)，校验向量p被 等分为c段，即p= (Pi，p2，…，pc)，px= (Pi，p2，…，pu)，py= (pu+1，pu+2，…，pc)，向量f被等 分为c-u段，即f=的，f2, ???，f；_u)，向量w被等分为u段，即w= (f；_u+1，f；_u+2，…，fc)， [fw]=的，f2，…，f。)，向量q被等分为c-u段，即q= (q。q2，…，qj，向量x被等分为 u段，即x= (qc_u+1,qc_u+2，…，qc)，[qx] = (q:，q2，…，qc)，向量y被等分为c-u段，即y= h，y2，…，Li)，其特征在于，所述编码器包括以下部件： 稀疏矩阵与向量的乘法器，由t个b比特寄存器R1:1，&2,…，R1:t和c个多输入异或门Xl，l，Xl，2,…，Xl，。组成，用于计算向量f和W ; I型后向迭代电路，由c个b比特寄存器R2，i，R2,2，…，R2，。和c-1个多输入模2加法器 …，4，。组成，用于计算向量q和x ; 高密度矩阵与向量的乘法器，由u个查找表1^，L2，…，Lu、2u个b比特寄存器R3;1，R3,2，… ，R3,2u和u个b位二输入异或门X3;1，X3,2，…，X3，u组成，用于计算部分校验向量px，查找表 LpL2，…，Lu分别存储可变的u比特向量与固定的矩阵〇i，，…，的所有可能乘积； II型后向迭代电路，由c个b比特寄存器R41，R4,2，…，R4，。和c-u个多输入模2加法器A41，A4,2，…，\_组成，用于计算向量y，y与向量q异或得到部分校验向量py，从而得到校 验向量P=(Px,Py)。
2. 根据权利要求1所述的一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，其特征在于，所 述稀疏矩阵与向量的乘法器计算向量f和w的步骤如下： 第1步，输入信息段叫，a2，…，ae，将它们分别存入寄存器R1; ^R1;2，…，R1;e中； 第2步，寄存器R1;1，R1;2，…，Ru同时循环左移1次，异或门X1;1，\2，…，\，。分别将异 或结果左移入寄存器R1;e+1，R1;e+2，…，R1;t中； 第3步，重复第2步b次，完成后，寄存器R1;e+1，R1;e+2，…，R1; t存储的内容分别是向量段f\，f2，…，f。，它们构成了向量f?和w。
3. 根据权利要求1所述的一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，其特征在于，所 述I型后向迭代电路计算向量q和x的步骤如下： 第1步，输入向量段，将向量段qi=fi存入寄存器Ry中； 第2步，输入向量段fj，非零循环矩阵Qj，k对应的向量段qk被循环左移sj，k位后送入多 输入模2加法器A2,」中与向量段f」进行异或运算，异或结果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为步长递增改变j的取值，重复第2步c-1次，最终，寄存器R2,i，R2,2，…，R2,。 存储的分别是向量段q。q2，…，q。，它们构成了向量q和X。
4. 根据权利要求1所述的一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，其特征在于，所 述高密度矩阵与向量的乘法器计算向量px的步骤如下： 第1步，清零寄存器R3，u+1，R3，u+2，…，R3,2u，输入向量段Xi，x2，…，xu，将它们分别存入寄存 器R3，l,R3,2,…，R3，u中； 第2步，寄存器R3;1，R3,2，…，R3，u同时循环左移1次，异或门X3;1，X3,2，…，X3，u分别对查 找表U,L2，…，Lu的输出和寄存器R3，u+1,R3，u+2，…，馬，211的内容进行异或，异或结果被循环左 移1次后分别存回寄存器R3，u+1，R3，u+2，…，R3,2u; 第3步，重复第2步b次，完成后，寄存器R3,u+1，R3,u+2，…，R3,2u存储的内容分别是校验段Pi，P2,…，Pu，它们构成了部分校验向量Px。
5. 根据权利要求1所述的一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，其特征在于，所 述II型后向迭代电路计算向量y的步骤如下： 第1步，输入校验段Pi，P2，…，Pu，将它们分别存入寄存器R4;c;-U+1，R4;c;-u+2，…，R4，。中； 第2步，非零循环矩阵Yj，k对应的向量段pk或yk被循环左移s115位后送入多输入模2加 法器\」中进行异或运算，异或结果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为步长递增改变j的取值，重复第2步c-u次，最终，寄存器R4;1，R4,2，… ，R4^u存储的分别是向量段ypy2，…，yw它们构成了向量y。
6. -种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码方法，QC-LDPC码的校验矩阵H是由cXt 个bXb阶循环矩阵构成的阵列，其中，c、t和b皆为正整数，t=e+c，校验矩阵H通过 行列交换变换成近似下三角形状，可划分为6个子矩阵，
，A是由（c-u)Xe 个bXb阶循环矩阵构成，B是由（c-u)Xu个bXb阶循环矩阵构成，下三角矩阵T是由(C-U)X(C-U)个bXb阶循环矩阵构成，C是由uXe个bXb阶循环矩阵构成，D是由uXu 个bXb阶循环矩阵构成，E是由uX(c-u)个bXb阶循环矩阵构成，其中，u是正整数，〇 = (ETl+Dr1是由uXu个bXb阶循环矩阵构成，』是由的第j块列中所有循环矩阵生成 多项式构成的uXb阶矩阵，其中，上标T和 <分别表示转置和逆，1 <j<u，
：是由 cXc个bXb阶循环矩阵Q」，k构成，其中，I是单位矩阵，0是全零矩阵，1彡j彡c，1彡k彡c， 非零循环矩阵Qlk相对于bXb阶单位矩阵的循环右移位数是su，其中，0 < \k〈b，Y=[B T]是由（c-u)Xc个bXb阶循环矩阵Yj，k构成，其中，1彡j彡c-u，1彡k彡c，非零循环矩 阵Yj，k相对于bXb阶单位矩阵的循环右移位数是sj，k，其中，0彡Sj，k〈b，A和C对应信息向 量a，矩阵B和D对应一部分校验向量px，矩阵T和E则对应余下的校验向量py，校验向量 P= (Px，Py)，以b比特为一段，信息向量a被等分为e段，即a= (a^a2，…，ae)，校验向量p被等分为c段，即p= (PnPr'plpf(Pi，p2，…，pu)，py= (pu+1，pu+2，…，pc)，向量f被 等分为c-u段，即f=的，f2，…，f；_u)，向量w被等分为u段，即w= (f；_u+1，f；_u+2，…，fc)， [fw]=的，f2，…，f。)，向量q被等分为c-u段，即q= (q。q2，…，qj，向量x被等分为 u段，即x= (qc_u+1,qc_u+2，…，qc)，[qx] = (q:，q2，…，qc)，向量y被等分为c-u段，即y= (yi，y2，…，y。-。)，其特征在于，所述编码方法包括以下步骤： 第1步，使用稀疏矩阵与向量的乘法器计算向量f和W; 第2步，使用I型后向迭代电路计算向量q和x; 第3步，使用高密度矩阵与向量的乘法器计算部分校验向量px; 第4步，使用II型后向迭代电路计算向量y，y与向量q异或得到部分校验向量py，从 而得到校验向量P= (Px，Py)。
【专利摘要】本发明提供了一种基于四级流水线的高速QC-LDPC编码器，该编码器包括1个稀疏矩阵与向量的乘法器、1个I型后向迭代电路、1个高密度矩阵与向量的乘法器和1个II型后向迭代电路。稀疏矩阵与向量的乘法器实现稀疏矩阵与向量的乘法运算，高密度矩阵与向量的乘法器实现高密度矩阵与向量的乘法运算，I型和II型后向迭代电路都实现后向迭代运算。整个编码过程划分为4级流水线。发明提供的高速QC-LDPC编码器具有结构简单、成低、吞吐量大等优点。
【IPC分类】H03M13-11
【公开号】CN104579365
【申请号】CN201510048099
【发明人】张鹏, 刘志文, 张燕
【申请人】荣成市鼎通电子信息科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月30日