一种基于比特填充的ldpc编码方法
【专利摘要】一种基于比特填充的LDPC编码方法，其特征在于包括：(1)对接收到的AOS标准帧的数据，提取同步头和信息位，并经过信息位整理和比特填充得到能够进行并行编码的n?bit并行的信息位数据流；(2)扩展生成矩阵，(3)LDPC并行编码生成校验位；(4)整理为AOS标准帧格式数据流输出。本发明提出的基于比特填充LDPC编码方法，具有硬件开销较少，处理速率高的特点，且适用性强，易于工程实现，稳定可靠，该设计方法在航天领域的应用方面优势明显。
【专利说明】-种基于比特填充的LDPC编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星遥感【技术领域】，特别涉及一种基于比特填充的LDPC编码方法。
【背景技术】
[0002] 随着卫星遥感技术的高速发展，LDPC编码器必须实时完成各类有效载荷海量数据 的处理与传输，为此开展了新一代星载高速LDPC编码器的研制，新一代星载高速LDPC编码 器要求可以完成的数据速率为5Gbps，而传统的串行处理的LDPC编码器已不能满足如此高 速数据的处理要求。
[0003] 纠错码是保证遥感卫星数传分系统可靠性的一个关键设备，目前通信卫星中主 要采用的纠错码是CCSDS131. 1-0-2标准推荐的7/8码率（8176, 7154)码的缩短码形式 LDPC(8160,7136)码，该纠错码具有资源占用率较低、编译码相对简单且纠错能力较强的优 点。
[0004] CCSDS推荐的该种LDPC码是按照A0S标准帧格式对前方载荷数据进行编码的。 A0S的标准帧为1024字节（8192比特，除去32比特帧头后剩余8160比特），详细参数参见 CCSDS标准。
[0005] LDPC(8176, 7154)是线性分组码，最基本的编码方法是用单bit的串行方式实现 的，其编码过程可表示为如下矩阵乘法：
[0006] C1Xn - mlxkGkXn
[0007] 其中，C1Xn为LDPC编码后的码字，mlxk为信息比特，G kXn为生成矩阵。
[0008] 该LDPC码的生成矩阵G,。形式如下：
[0009]
【权利要求】
1. 一种基于比特填充的LDPC编码方法，其特征在于包括下列步骤： (1) 对8192bit的AOS标准帧的数据，提取32bit同步头，并经过信息位整理和比特填 充得到7168bit的信息位，具体实现方法如下 ： (a) 在8192bit的AOS标准帧中，分别提取32bit同步头和缩短码形式的7136bit信息 位； (b) 在步骤（a)提取得到的7136bit信息位前填充18bit的数据0,将所述信息位整理 为标准码形式的7154bit信息位； (c) 将步骤（b)得到的7154bit信息位分为14区段，每个所述区段内包含511bit数 据，分别在所述14个区段内最后一 bit数据后填充lbit的数据0,将所述7154bit信息位 填充为7168bit信息位； (2) 扩展LDPC (8176, 7154)码生成矩阵，即将7154*1022维矩阵P扩展为7168*1022维 矩阵P，具体实现方法如下： CCSDS标准中的LDPC(8176,7154)码生成矩阵G= [I P]，其中I为7154*7154维的单 位矩阵，P为由28个循环矩阵组成的7154*1022维矩阵：
其中，By为511*511维循环矩阵，即矩阵By的第二行到最后一行的数据，为其前一行 数据向右循环1位得到：
将所述循环矩阵By的最后一行数据向右循环一位得到一行数据，将所述一行数据添 加在矩阵\ 的最后一行后，形成512*511维扩展矩阵B' i;j :
为正整数，j = 1、2 由所述扩展矩阵K i;j组成7168*1022维矩阵P :
(3) 进行LDPC并行编码，即将步骤（1)经整理和填充得到的7168bit信息位采用η位 并行方式输入，与所述矩阵W相乘，生成l〇22bit的校验位，并将生成的1022bit校验位 后面填充2bit数据0,得到1024bit校验位，η为编码器位宽且n = 2k，k为1?9的自然 数； (4) 利用步骤（1)得到的7168bit信息位和步骤（3)得到的1024bit校验位，以及步骤 (1)中直接从AOS标准帧中提取的32bit同步头，得到8192bit的AOS标准帧格式的LDPC 编码器输出帧，具体实现方法如下： (a) 将步骤（1)得到的7168bit信息位平均划分为14个区段，每个区段内包含512bit 数据，分别将所述14个区段内最后一 bit数据0删除，将所述7168bit信息为还原为 7154bit信息位； (b) 将步骤（a)还原得到的7154bit信息位最前面18bit的数据0删除，将所述信息位 还原为缩短码形式的7136bit信息位； (c) 将步骤（1)中直接从AOS标准帧提取的32bit同步头填充在所述7136bit信息位 之前，并将步骤（3)得到的1024bit校验位填充在所述7136bit信息位之后，得到8192bit 的AOS标准帧，并将所述标准帧采用nbit并行方式输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于比特填充的LDPC编码方法，其特征在于：步骤（3) 进行LDPC并行编码，即将步骤（1)经整理和填充得到的7168bit信息位=[Cl、c2、c 3、…、 c7168]采用η位并行输入方式输入，与所述矩阵P'相乘，生成1022bit的校验位，所述计算 过程通过中采用两个循环移位寄存器组Bl、B2和两个寄存器al、a2存放数据： 其中，两个循环移位寄存器组Bl、B2,每个循环移位寄存器组包括η个循环移位寄存 器，所述循环移位寄存器的长度为51 lbit，循环移位寄存器组Β1中的η个循环移位寄存器 保存的数据分别标不为：[riu、riu、…、Hi.sii]、[ Π 2,1、叮 2,2、 ···、叮 2,511]、 ···、[叮 η, 1、叮 η, 2、…、Πη,511];循环移位寄存器组Β2中的η个循环移位寄存器保存的数据分别标示为：[ Yl, 1、Υ 1,2、…、Υ 1,511]、[ Υ 2,1、Υ 2,2、…、Υ 2,511]、…、[Υη,Ι、Υη,2、…、Υη,51?]; 两个寄存器al和a2,其中每个所述移位寄存器的长度为511bit ;寄存器al中保存的 数据标示为：[ct p α 2、…、α 511];寄存器a2中保存的数据标示为：[β ρ β 2、…、β 511]; 所述计算过程的具体实现方法如下： (1) 第一个时钟周期时，并行输入nbit信息位、…、cn]; 用所述循环移位寄存器组B1中的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵B' u的第1 行?第η行，所述循环移位寄存器组Β2中的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵Β' 1?2 的第1行?第η行，并将所述寄存器al和a2中的保存数据初始化为零，S卩α 1 = 0, β 1 = 〇,其中1 = 1?511为正整数； (2) 将步骤（1)并行输入的nbit信息位分别与循环移位寄存器组B1的存储数据 相乘并累加存入寄存器al :其中寄存器al的第1位保存数据为 1，2,…，511为正整数；
将所述并行输入的nbit信息位分别与循环移位寄存器组B2中存储的数据相乘并累加 存入寄存器a2 :其中寄存器a2的第1位保存数据为
为 正整数； (3) 第二个时钟周期时，并行输入nbit信息位：[cn+1、cn+2、…、c2n]; 并将循环移位寄存器组B1中的η个循环移位寄存器分别向右循环移位η位，即B1中 的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵Β' 1Λ的第η+1行?第2η行，更新ι?Μα = 1? n，j = 1?511)的取值； 并将循环移位寄存器组B2中的η个循环移位寄存器分别向右循环移位η位，循环移位 寄存器组Β2中的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵Β' 1?2的第η+1行?第2η行，更 新Y i,j(i = 1?n，j = 1?511)的取值； (4) 将步骤（3)并行输入的nbit信息位分别与循环移位寄存器组B1的存储数据相乘 并累加，所述累加结果与寄存器al中存储数据相加后更新寄存器al中的保存数据：其中寄 存器al的第1位保存数据为
为正整数）； 将步骤（3)并行输入的nbit信息位分别与循环移位寄存器组B2的存储数据相乘并累 加，所述累加结果与寄存器a2中存储数据相加后更新寄存器a2中的保存数据：其中寄存器 a2的第1位保存数据为
为正整数）； (5) 依次类推，第512/n个时钟周期后，寄存器al中保存的数据矢量为[Cl、c2、c3、…、 c512]B' 1;1，寄存器a2中保存的数据矢量为[Cl、c2、c3、…、c 512]B' 1>2; (6) 第512/n+l个时钟周期时，并行输入nbit信息位：[c512+1、c512+2、…、c 512+n]; 用所述循环移位寄存器组B1中的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵Β' 2?1的第1 行?第η行，所述循环移位寄存器组Β2中的η个循环移位寄存器分别存储扩展矩阵Β' 2,2 的第1行?第η行；
按照步骤（1)?（5)的计算过程，第1024/η个时钟周期后，寄存器al中保存的数据 为 2;1 ;寄存器a2中保存的数据 为 '2,2; (7) 依次类推，第7168/n个时钟周期后，寄存器al中保存的数据为
寄存器 a2中保存的数据为
Mj - [C(i-l)*512+l，C(i-l)*512+2，…，C(i-l)*512+512]，? - 1 ?14 为正整数； (8) 寄存器al保存的511bit数据后连接寄存器a2保存的511bit数据，得到1022bit 的校验位。
【文档编号】H03M13/11GK104143992SQ201410352740
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】孙钰林, 郑晶晶, 王娜, 刘智娟, 王鸣涛, 张佳鹏, 袁素春, 张波 申请人:西安空间无线电技术研究所