专利名称：低密度校验码在无线数据通信中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及低密度校验码在无线数据通信中的应用。
背景技术：
传统数据通信方式主要是有线方式，如最早的RS-232和RS-485等工业总线以及 后续出现的一些高速工业总线。为了解决通信速率和布线等问题，出现了更为便捷无线数 据传播方式。目前常用的主要是基于802. 11协议的WLAN方式，该方式在物理层基于OFDM 调制可以有效解决多径问题，子载波调制方式可采用PSK和QAM等调制方式，在数据链路层 采用CRC冗余纠错方法进行以数据包为基础的包交换，纠错方法是采用发错重发的方式， 因此在环境比较恶劣的情况下，特别是无线传输的情况下由于通信本身误码率较高，传输 速率会受到较大的影响。目前绝大多数的数据通信方式无论是有线的或者是无线的都是基 于这种数据纠错方式的。如USB2. 0协议下最高传输速度可达480Mps，但一般情况下只能达 到100多Mbps，原因就在于纠错体制过于简单。现在随着技术的发展，许多高性能的纠错方 法已经可以低成本实现了，因此完全可以弓丨入到数据通信特别是无线数据通信中。对于某些较大的数据包当误码率较大时即使重发成功概率也很低。因此在低信噪 比下这种通信方式就失效了，为了解决这个问题，可以采用一些有效的纠错编码，比较经典 的有卷积编码和RS编码，卷积编码的编码方式很简单，译码方式采用基于软判决维特比译码，实现复杂度较大， 由于采用了软判决译码，一般在通信中作为内码使用，直接对信道接收数据进行译码；RS 编码编码复杂度相对较小，但要比卷积编码复杂，译码复杂度很大。低密度校验码是一种性能极高的纠错编码，1965年就由feller提出，基于当时的 技术水平只停留在了理论阶段。直到20世纪末到本世纪初才开始真正应用于通信中。由 于实现方法比较复杂，一般都用于一些特殊场合，如深空通信，军用通信等领域，民用领域 涉及较少。低密度校验码(LDPC码)的编码复杂度不大并，具有极高的纠错能力，而且与LDPC 码的码长成线性关系，LDPC码的译码算法虽然具有一定复杂性，但是由于在一般的数据传 输的应用场合中数据上行和下行具有非对称性。如无线视频监控系统中，视频数据通过无 线传输需要很大的上行带宽，但是由于上行只需要进行编码不需要解码。而中央控制设备 在系统中只需要一套，一般制造成本可以较高，因此中央控制设备上实现解码算法是可能 的，而在终端设备如摄像头上，只需要实现编码算法即可。而对于终端设备而言，下行链路 通常都是用来传输一些低速率控制指令，这些指令可以通过简单的编解码方式来实现，只 要通信速率足够低，一样可以实现可靠传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度校验码在无线数据通信中的应用，其纠错性能极 高，误码率低，通信速率高，能实现可靠传输。
本发明采用的技术方案是低密度校验码在无线数据通信中的应用，它包括LDPC编码器的实现、LDPC译码器的 实现和LDPC编译码的测试，所述LDPC编译码的测试包括FPGA硬件误码测试、视频接口测 试和吞吐率测试；一、所述LDPC编码器的实现，在编码器设计中，采用了基于Q矩阵的准规则LDPC码编 码算法结构，准规则LDPC编码器的设计如下 根据式
权利要求
1.低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于它包括LDPC编码器的实现、 LDPC译码器的实现和LDPC编译码的测试，所述LDPC编译码的测试包括FPGA硬件误码测 试、视频接口测试和吞吐率测试；一、所述LDPC编码器的实现，在编码器设计中，采用了基于Q矩阵的准规则LDPC码编 码算法结构，准规则LDPC编码器的设计如下 根据式Pi ~ Pi-i Hfjdj- (i > 2)(1)可知编码过程应先计算S然后再进行累加得到所有校验位的值，上述(1)式要用如下方法计算(1)先将一帧数据进行缓冲，按照一定规则存入RAM中；(2)根据ffi内元素1的位置选择RAM中所存相应的信息位进行累加或异或运算；(3)将上一步结果进行累加，每次累加的结果分别代表一个校验位，累加结束即得到了 所有校验位；(4)在输出校验位后再顺序输出原信息比特；二、LDPC译码器的实现，采用迭代译码，首先按照H矩阵的结构将Zii矩阵分割为 4X 4的分块矩阵，将H，矩阵分割成4X2，再进行以下步骤a、软判决数据，先进入输入缓冲；b、进行校变量节点初始化，变量节点初始化后更新； c、完成变量节点数据更新后开始更新校验节点；d、进行完校验节点的更新以后再将更新结果顺序存入校验节点更新RAM中。
2.根据权利要求1所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 LDPC编码器由编码地址发生器、数据缓冲I、数据缓冲II、异或累加模块和二选一模块构 成。
3.根据权利要求2所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于将待 编码的信息比特分别存入数据缓冲I和数据缓冲II，数据缓冲I中存入的信息比特进入异或累加模块参与异或运算，编码地址发生器共有K个单元，每个单元代表Hf的一行，每行可以输出四个地址，地址值为该行1元素在段中的相对位置，地址值寻址数据缓冲I中相应 的信息比特，数据缓冲II中的数据顺序进入并保持顺序不变，在校验位输出完毕后再顺序 输出作为编码结果中的信息位。
4.根据权利要求1所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 LDPC译码器由变量节点更新单元、校验节点更新单元，数据存储模块，地址产生模块，输入 缓冲模块、输出缓冲模块和判决模块构成。
5.根据权利要求1所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于应用于FPGA硬件误码测试的FPGA硬件误码测试系统包括输入缓冲器、输出缓冲器、LDPC编码 器、LDPC译码器，映射加噪、噪声存储ROM和误码仪。
6.根据权利要求1或5所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于 FPGA硬件误码测试将误码仪加在输入缓冲器和输出缓冲器两端，编码数据从输入缓冲器 输入经LDPC编码器编码，再映射加噪后，经LDPC译码器译码后从输出缓冲器输出。
7.根据权利要求6所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 映射加噪中加噪方法如下将编码数据首先进行映射，然后根据映射后的功率利用matlab 计算相应mVNO下的噪声方差，产生相应大小的噪声序列，利用FPGA中的剩余存储资源存 储于FPGA中，噪声序列长度选择为16384点。
8.根据权利要求1所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 应用于视频接口测试的视频接口测试系统包括摄像头、显示器、视频编码器、视频解码器、 TS流转串行、串行转TS流、旁路器、LDPC编码器、LDPC译码器、映射加噪和噪声存储ROM。
9.根据权利要求1或8所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于 视频接口测试摄像头连接视频编码器，所述视频编码器经TS流转串行与LDPC编码器连 接，所述LDPC编码器经映射加噪后从LDPC译码器输出，所述LDPC译码器与串行转TS流连 接，所述串行转TS流与视频解码器连接，所述视频解码器与显示器连接，所述TS流转串行 与LDPC编码器两端连接有旁路器A，所述LDPC译码器与串行转TS流两端连接有旁路器B。
10.根据权利要求9所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 测试时将一定mVNO条件下的噪声序列固化在噪声存储ROM中，连接视频编解码设备进行 测试测试1 旁路LDPC编解码模块，经测试Eb/ΝΟ在IODB以上才能有画面显示，Eb/ΝΟ在 12DB以上画面才较流畅；测试2 不旁路LDPC编解码模块，经测试Eb/ΝΟ在3DB以上才能有画面显示，Eb/ΝΟ在 3. 5DB以上画面较流畅；通过对比画面质量，LDPC编解码器与视频编解码器连接时的纠错性能与单独测试时相 当，与未加编码时相比的在le-6误码率下编码增益大于8dB。
11.根据权利要求1所述的低密度校验码在无线数据通信中的应用，其特征在于所述 吞吐率测试经测试，迭代次数为12次时，系统时钟为40MHz时吞吐率可达4Mbps，当迭代 次数为8次时，系统时钟为40MHz时吞吐率可达5Mbps ；系统时钟为80MHz时迭代12次吞 吐率可达8Mbps，系统时钟为80MHz时迭代8次可达10Mbps。
全文摘要
本发明低密度校验码在无线数据通信中的应用，它包括LDPC编码器的实现、LDPC译码器的实现和LDPC编译码测试，LDPC编译码测试包括FPGA硬件误码测试、视频接口测试和吞吐率测试。本发明的优点是对编解码的性能测试表明，采用LDPC编码的无线数据传输方式可以在较恶劣的环境下实现可靠的数据传输，并且可以兼顾成本和性能。
文档编号H04L1/00GK102055486SQ201010610629
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者薛文 申请人:启东金凤凰科技发展有限公司