兼容dvb-s2x標(biāo)準(zhǔn)的ldpc譯碼器設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種兼容DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)的LDPC譯碼器設(shè)計(jì)方法，可 用于DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中所有碼長和碼率LDPC碼的譯碼。
【背景技術(shù)】
[0002] 低密度奇偶校驗(yàn)碼簡稱LDPC碼，是一種線性分組碼。眾多研究結(jié)果表明LDPC碼性 能良好，更加適合未來通信系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘囊?，所以越來越多的?信標(biāo)準(zhǔn)都使用LDPC碼作為其信道編碼方案。DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中都采用了 LDPC碼，針對 這些標(biāo)準(zhǔn)的LDPC碼譯碼器的高速FPGA實(shí)現(xiàn)吸引了眾多關(guān)注。串行結(jié)構(gòu)的LDPC譯碼器由于校 驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新單元和變量節(jié)點(diǎn)更新單元都只有一個，所以校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新和變量節(jié)點(diǎn)更新需要 交替進(jìn)行。串行結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)簡單，消耗的硬件資源少，但是由于各個節(jié)點(diǎn)需要共用校驗(yàn)節(jié) 點(diǎn)更新單元和變量節(jié)點(diǎn)更新單元，所以需要輪流進(jìn)行更新，這會導(dǎo)致譯碼器的時延變得非 常大，譯碼時延會隨著碼長的增加而增加。基于串行結(jié)構(gòu)的LDPC譯碼器吞吐量小，不能滿足 DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中高速數(shù)據(jù)吞吐量的要求。全并行結(jié)構(gòu)的LDPC譯碼器每個節(jié)點(diǎn)都使 用獨(dú)立的更新模塊，所有的節(jié)點(diǎn)更新都同時進(jìn)行，所以全并行結(jié)構(gòu)的LDPC譯碼器譯碼速度 最快。全并行結(jié)構(gòu)中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新單元和變量節(jié)點(diǎn)更新單元與校驗(yàn)矩陣中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和變量 節(jié)點(diǎn)的個數(shù)是對應(yīng)的，各個處理單元之間的連接復(fù)雜，硬件復(fù)雜度最大，隨著碼長的增加， 復(fù)雜度呈指數(shù)增長，所以全并行結(jié)構(gòu)適合于碼長較短且校驗(yàn)矩陣固定的LDPC碼。由于DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中LDPC碼有多種碼長和碼率，其校驗(yàn)矩陣是各不相同的，采用全并行結(jié)構(gòu) 需要實(shí)現(xiàn)每種LDPC碼校驗(yàn)矩陣中每個節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系，而且DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中 LDPC碼碼長很大，這會導(dǎo)致硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度非常高，芯片布局難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)合DVB-S2和DVB-S2X中IRA-LDPC碼的特點(diǎn)，譯碼器的硬件實(shí)現(xiàn)適合采用部分并行結(jié)構(gòu)。部分并行結(jié)構(gòu)是串行 結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)的一個折中，部分并行結(jié)構(gòu)將校驗(yàn)矩陣中校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)和變量節(jié)點(diǎn)分組，每組 使用一個更新模塊，各個模塊并行處理，而每個更新模塊的中的節(jié)點(diǎn)消息更新則是串行處 理。采用部分并行結(jié)構(gòu)可以減少芯片使用面積，但是相對于全并行結(jié)構(gòu)，譯碼器的吞吐量也 會隨之下降。在LDPC譯碼過程中，一次譯碼迭代時間越短，則LDPC譯碼器吞吐量越高?，F(xiàn)有 的LDPC譯碼器在譯碼過程中一次迭代時間的縮短可以直接通過提高譯碼器的并行度來實(shí) 現(xiàn)，但是提高并行度需要消耗較多的硬件資源。對于DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)來說，LDPC譯碼 器的并行度最高為360,另外LDPC譯碼器的并行度還可以進(jìn)一步降低為360的整數(shù)因子，如 180、90、45。
[0003] DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中LDPC碼碼長較大、碼率較多，這意味著譯碼器需要支持更 多不同種類的LDPC碼，存儲更多不同LDPC碼的參數(shù)，譯碼器的實(shí)現(xiàn)難度較大。DVB-S2X作為 DVB-S2的拓展標(biāo)準(zhǔn)，有著更高的傳輸效率，這就要求LDPC譯碼器支持更大的吞吐量，如何在 使用盡量少的硬件資源的基礎(chǔ)上提高譯碼器的吞吐量，成了眾多業(yè)內(nèi)學(xué)者和技術(shù)研究人員 的研究重點(diǎn)。2007年，Gomes等人在"Flexible Parallel Architecture for DVB-S2 LDPC Decoders"提出了采用部分并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC譯碼器，降低了譯碼器的實(shí) 現(xiàn)難度。20 11 年K · C · Ci nna t i Lo i 等人在 "Improvement s on the design and implementation of DVB-S2 LDPC decoders"提出了通過增加并行度和使用流水處理提高 DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中LDPC譯碼器吞吐量的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。上述LDPC譯碼器的設(shè)計(jì)方法中，由于只 使用了一個桶形移位模塊，校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新和變量節(jié)點(diǎn)更新需要交替進(jìn)行，限制了譯碼器的 吞吐量;而且因?yàn)镈VB-S2X標(biāo)準(zhǔn)在2014年發(fā)布，上述LDPC譯碼器不兼容DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對上述已有的缺點(diǎn)，提出一種兼容DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)的LDPC譯碼 器設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)在不增加譯碼器的并行度的基礎(chǔ)上提高譯碼器的吞吐量。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)思路是:通過增加一個桶形移位模塊和部分存儲資源，可以在不增 加譯碼器的并行度的基礎(chǔ)上減少LDPC譯碼器在迭代過程中的譯碼時間，從而實(shí)現(xiàn)對吞吐量 的增加，其設(shè)計(jì)方案包括如下：
[0006] (1)設(shè)計(jì)LLR緩存模塊，用于對低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC輸入譯碼器的對數(shù)似然比信 息按照碼長和碼率進(jìn)行順序調(diào)整，并將完成順序調(diào)整的1路對數(shù)似然比信息轉(zhuǎn)換為并行的 360路對數(shù)似然比信息，然后將這360路對數(shù)似然比信息進(jìn)行緩存；
[0007] (2)設(shè)計(jì)參數(shù)控制模塊，用于生成低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC的地址參數(shù);設(shè)計(jì)變量節(jié) 點(diǎn)更新模塊，用于按照地址參數(shù)控制緩存的360路對數(shù)似然比信息輸出，使得第一次譯碼迭 代開始前的第i個變量節(jié)點(diǎn)傳遞給第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L w(Qlj)等于第i個變 量節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的初始對數(shù)似然比信息L(Pi)，即L (<3)(qij) =L(Pi)，完成譯碼初始化；
[0008] (3)設(shè)計(jì)譯碼迭代模塊，用于進(jìn)行第1次譯碼迭代，1的初始值為1:
[0009] 譯碼迭代模塊包含參數(shù)控制子模塊、第一桶形移位子模塊、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新子模塊、 第二桶形移位子模塊、校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息緩存子模塊、變量節(jié)點(diǎn)和值緩存子模塊和變量節(jié)點(diǎn)更 新子模塊。
[0010] (3a)對校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行第1次更新：
[0011] (3al)設(shè)計(jì)參數(shù)控制子模塊，用于生成低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新中使 用的移位參數(shù)Sc^Sd和8。3,設(shè)計(jì)第一桶形移位子模塊用于按照這三個移位參數(shù)控制第1-1 次譯碼迭代時的360路第i個變量節(jié)點(diǎn)傳遞給第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L^U lj) 進(jìn)行移位；
[0012] (3a2)設(shè)計(jì)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新子模塊，用于移位之后，用低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC中第1-1次譯碼迭代時第V個變量節(jié)點(diǎn)傳遞給第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L (w)(qn)，計(jì)算 第1次譯碼迭代時第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給第i個變量節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L w(Q1)，完成校 驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的笛1冷畝新·
[0013]
[0014] 其中α為修正因子，Vj表示所有與第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，VAi表示 除第i個變量節(jié)點(diǎn)之外所有與第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)相連的變量節(jié)點(diǎn)的集合，VevAi表示V是集 合Vj\i中的元素，Π 為求積運(yùn)算，sgn(.)為求符號位運(yùn)算，min(.)為求最小值運(yùn)算，I . I為求 絕對值運(yùn)算；
[0015] (3b)對變量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行第1次更新：
[0016] (3bl)設(shè)計(jì)參數(shù)控制子模塊，用于生成低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC變量節(jié)點(diǎn)更新中使 用的移位參數(shù)s vl、sv2和sv3,設(shè)計(jì)第二桶形移位模塊用于按照這三個移位參數(shù)控制第1次譯 碼迭代時的360路第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給第i個變量節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L (1)(rjl)進(jìn)行移 位；
[0017] (3b2)設(shè)計(jì)校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)消息緩存子模塊、變量節(jié)點(diǎn)和值緩存子模塊和變量節(jié)點(diǎn)更新 子模塊，用于移位之后，用低密度奇偶校驗(yàn)碼LDPC中第i個變量節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的初始對數(shù)似然比 信息L(P 1)和第1次譯碼迭代時第個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給第i個變量節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L (1)(m)，計(jì)算第1次譯碼迭代時第i個變量節(jié)點(diǎn)傳遞給第j個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L (1)(qd，完成變量節(jié)點(diǎn)的第1次更新：
[0018]
[0019] 其中C1表示所有與第i個變量節(jié)點(diǎn)相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，CAj表示除第j個校驗(yàn) 節(jié)點(diǎn)之外所有與第i個變量節(jié)點(diǎn)相連的校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的集合，yecAj表示y是集合CAj的元 素；
[0020] (4)將設(shè)定最大迭代次數(shù)h與譯碼迭代次數(shù)1進(jìn)行比較，其中h為整數(shù)，IShS 50:
[0021] 當(dāng)譯碼迭代次數(shù)1小于設(shè)定的最大迭代次數(shù)h時，令1 = 1 + 1，返回步驟(3)，進(jìn)行下 一次譯碼迭代；
[0022] 設(shè)計(jì)硬判決信息計(jì)算模塊，用于計(jì)算硬判決信息：
[0023] 當(dāng)譯碼迭代次數(shù)1等于設(shè)定的最大迭代次數(shù)h時，停止譯碼迭代，并用低密度奇偶 校驗(yàn)碼LDPC碼中第i個變量節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的初始對數(shù)似然比信息L(Pi)和第h次譯碼迭代時第j 個校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)傳遞給第i個變量節(jié)點(diǎn)的對數(shù)似然比信息L(h)(rjl)，計(jì)算達(dá)到最大迭代次數(shù)h時 第i個變量節(jié)點(diǎn)的硬判決信息L (h) :
[0024]
[0025] (5)設(shè)計(jì)譯碼判決輸出模塊，用于對達(dá)到最大迭代次數(shù)h時第i個變量節(jié)點(diǎn)的硬判 決信息L (h)(qi)進(jìn)行譯碼判決，如果L(h)(qi)2 0,譯碼結(jié)果判決為0,否則，譯碼結(jié)果判決為1， 然后順序輸出譯碼結(jié)果，完成譯碼。
[0026]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1)本發(fā)明采用了兩個移位模塊同時進(jìn)行校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)更新和變量節(jié)點(diǎn)更新，可以使譯 碼過程中一次譯碼迭代的時間縮短為只使用一個移位模塊時的一半，在不增加并行度的基 礎(chǔ)上使LDPC譯碼器的吞吐量提高一倍左右。
[0028] 2)本發(fā)明對移位過程進(jìn)行了分級流水設(shè)計(jì)，將360路數(shù)據(jù)的移位分為3級進(jìn)行移 位，提高了移位過程的處理速度，避免了其成為譯碼器的速度瓶頸。
[0029] 3)本發(fā)明采用了兼容性設(shè)計(jì)，可以對DVB-S2和DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)中的所有LDPC