專利名稱：分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器及譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)領(lǐng)域的譯碼器及譯碼方法，具體是一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器及譯碼方法。
背景技術(shù)：
低密度校驗碼(LowDensity Parity Check Codes, LDPC Codes)是 1963 年 Gallager首先提出的一種編碼技術(shù)，具有接近香農(nóng)極限的性能，已經(jīng)成為編碼領(lǐng)域的一個研究熱點，被廣泛地應(yīng)用到各種無線通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)、 歐洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802. IlruIEEE 802. 16e等。目前的無線通信中， 高數(shù)據(jù)速率的通信越來越受到人們的重視，因此結(jié)構(gòu)簡單，吞吐量高的LDPC譯碼器一直是 LDPC碼的研究重點。另外，在實際應(yīng)用中，根據(jù)傳遞信息的不同以及不同的信道狀況，需要使用不同碼長和碼率的碼進(jìn)行傳輸。因此能夠支持一定規(guī)模碼長來獲取足夠的糾錯能力的 LDPC譯碼器結(jié)構(gòu)也是在譯碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮的重點之一。為了支持大碼長，通常資源消耗是很大的，由于目前技術(shù)限制，F(xiàn)PGA資源有限，資源耗費小的LDPC碼譯碼器也是重要研究內(nèi)容。LDPC碼譯碼器的結(jié)構(gòu)有三種形式串行結(jié)構(gòu)、全并行結(jié)構(gòu)和部分并行結(jié)構(gòu)。部分并行結(jié)構(gòu)LDPC譯碼器因為其適中的復(fù)雜度和硬件資源消耗而廣泛應(yīng)用。另外，對于LDPC 譯碼器來說，不同的算法，例如置信傳播算法、最小和算法、帶修正最小和算法、分層置信傳播算法、分層帶修正最小和算法等，將會影響LDPC譯碼器的結(jié)構(gòu)，同時影響譯碼器的各個方面，包括吞吐量，性能，資源使用等。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)枮?00710044708的中國專利，專利名稱為“分層的低密度校驗碼譯碼器及譯碼處理方法”，提給出了一種基于修正最小和算法的低密度校驗碼譯碼器，該譯碼器主要由處理模塊、外信息存儲單元、第二存儲單元以及第一交織網(wǎng)絡(luò)、第二交織網(wǎng)絡(luò)組成。該譯碼器需要兩個交織網(wǎng)絡(luò)，由于交織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點，使得該譯碼器會消耗比較多的硬件資源。而專利申請?zhí)枮?00810200033的中國專利，專利名稱為“分層的非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器及譯碼處理方法”，對前一個專利進(jìn)一步改進(jìn)，去掉一個交織網(wǎng)絡(luò)，增加了迭代終止模塊。這兩個譯碼器系統(tǒng)都有交織網(wǎng)絡(luò)，耗費巨大資源， 而且不可避免存在流水沖突，需要插入空閑流水等待周期，大大影響了譯碼吞吐率，此外這兩個譯碼器的LE資源消耗與QC-LDPC的擴(kuò)展因子成正比，對于較大擴(kuò)展因子的較大碼長的 QC-LDPC在一般的FPGA容納不下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一個分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器及譯碼方法，改進(jìn)的譯碼器結(jié)構(gòu)不需要交織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了硬件資源消耗，有很小資源消耗，也不存在流水沖突問題，有較好吞吐率性能，可以支持很大擴(kuò)展因子的QC-LDPC碼，支持所有的QC-LDPC碼譯碼，支持多種擴(kuò)展因子并存的譯碼，補充了前兩個譯碼器的不足。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，包括外信息存儲單元、循環(huán)移位寄存器、譯碼處理模塊，其中
外信息存儲單元將上次迭代的校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值即校驗更新值輸出給譯碼處理模塊，并存儲譯碼處理模塊傳輸過來的本次迭代中的檢驗更新值；
循環(huán)移位寄存器總共有N個，N為碼字母矩陣的列數(shù)，將信息節(jié)點的后驗概率似然比傳遞給譯碼處理模塊，并存儲譯碼處理模塊傳輸過來的信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值；
譯碼處理模塊將本次迭代中由校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值傳遞給外信息存儲單元，由比特節(jié)點處理單元和校驗節(jié)點處理單元共同完成，并且將信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值傳遞給循環(huán)移位寄存器，由比特節(jié)點處理單元和信息比特處理單元共同完成。所述的外信息存儲單元使用memory來實現(xiàn)，memory個數(shù)為校驗節(jié)點個數(shù)，數(shù)據(jù)位寬為外信息的數(shù)據(jù)位寬兩倍加上行重比特，存儲最大、最小值及最小值位置，存儲深度為母矩陣擴(kuò)展因子。所述的循環(huán)移位寄存器個數(shù)共有比特節(jié)點個數(shù)，每個循環(huán)移位寄存器輸入輸出抽頭個數(shù)為比特節(jié)點對應(yīng)于母矩陣的列重。所述的譯碼處理模塊，包括第一 2選1選擇器、比特節(jié)點處理單元、校驗節(jié)點處理單元、信息比特處理單元，其中
第一 2選1選擇器，對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，在信道信息和從循環(huán)移位寄存器中讀出的信息節(jié)點后驗概率似然比之間進(jìn)行選擇，并將選擇的結(jié)果輸出給比特節(jié)點處理單元；
比特節(jié)點處理單元，對母矩陣每行都有對應(yīng)行重的個數(shù)，計算信息節(jié)點的比特更新值， 傳遞給校驗節(jié)點處理單元和信息比特處理單元；
校驗節(jié)點處理單元，個數(shù)為Μ, M為碼字母矩陣行數(shù)，根據(jù)接收到的比特節(jié)點處理單元送來的信息節(jié)點的比特更新值，計算本次迭代的校驗更新值，并傳遞給信息比特處理單元和外信息存儲單元；
信息比特處理單元根據(jù)比特節(jié)點處理單元傳來的比特更新值以及校驗節(jié)點處理單元傳來的本次迭代的校驗更新值來計算信息節(jié)點后驗概率似然比更新值，輸出給循環(huán)移位寄存器。所述的比特節(jié)點處理單元，包括減法器、第一補碼轉(zhuǎn)換器和第一截位運算器，其中
減法器將第一信息節(jié)點后驗概率似然比和外信息存儲單元讀出的上一次迭代的校驗更新值相減，得到信息節(jié)點的信息更新值，傳遞給第一補碼轉(zhuǎn)換器；
第一補碼轉(zhuǎn)換器將信息節(jié)點的信息更新值轉(zhuǎn)換為符號位-絕對值形式的數(shù)字，并傳輸給第一截位運算器；
第一截位運算器對第一補碼轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行截位操作，將位寬變?yōu)樵阮A(yù)定的信息節(jié)點信息的位寬，以避免在累加的過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)位寬變大的情況，即得到信息節(jié)點的比特更新值。所述的校驗節(jié)點處理單元，包括最小次小查找模塊、乘法器、第二截位運算器和第二補碼轉(zhuǎn)換器，其中
最小次小查找模塊從比特節(jié)點處理單元傳輸過來的信息找出最小值和次小值，以便進(jìn)一步乘性修正處理，保存到外信息存儲單元，
乘法器將最小次小查找模塊的輸出乘以一個常數(shù)，乘法器的輸出再通過第二截位運算器，將校驗更新值的位寬約束在一定范圍內(nèi)，之后再經(jīng)過第二補碼轉(zhuǎn)換器，得到最終本次迭代的校驗更新值。所述最小次小查找模塊由許多四輸入二輸出小單元組成和二輸入二輸出小單元， 其中
二輸入二輸出小單元輸入兩個節(jié)點信息，輸出為按大小排列好的的原樣數(shù)據(jù)，作用是對兩個數(shù)進(jìn)行排序，由選擇器構(gòu)成；
四輸入二輸出小單元四個輸入是兩個二輸入二輸出或另兩個四輸入二輸出的四個輸出，作用是把已經(jīng)排好大小的兩組輸入數(shù)據(jù)里面選出四個里的最小與次小值； 所述的信息比特處理單元，包括緩存器、第三補碼轉(zhuǎn)換器、加法器，其中 緩存器用于存放比特節(jié)點處理單元傳輸過來的信息節(jié)點的比特更新值，其長度等于與當(dāng)前校驗節(jié)點相連的信息節(jié)點的個數(shù)(即等于校驗矩陣對應(yīng)當(dāng)前校驗節(jié)點的行重)；
第三補碼轉(zhuǎn)換器接收校驗節(jié)點處理單元中的緩存器傳輸過來數(shù)據(jù)，將符號-絕對值形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為補碼形式；
加法器將第三補碼轉(zhuǎn)換器的輸出和校驗節(jié)點處理單元傳輸過來的本次迭代的校驗更新值相加，得到信息節(jié)點后驗概率似然比更新值，傳遞給譯碼循環(huán)移位寄存器。本發(fā)明涉及一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼方法，包括以下步驟 步驟一，獲得譯碼器的輸入數(shù)據(jù)(信道值)；
步驟二，選擇器對信息節(jié)點后驗概率似然比的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，如果在譯碼過程中該信息節(jié)點第一次參與譯碼，則選擇剛輸入信道信息的移位寄存器作為信息節(jié)點后驗概率似然比，否則從另外一個循環(huán)移位寄存器中讀出的數(shù)據(jù)作為當(dāng)前迭代的信息節(jié)點后驗概率似然比傳遞給譯碼處理模塊；
步驟三，從外信息存儲單元讀取上一次迭代中校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值即校驗更新值，傳遞給譯碼處理模塊；
步驟四，比特節(jié)點處理單元讀取出信息節(jié)點后驗概率似然比和外信息存儲單元讀取的上一次迭代的校驗更新值，得到信息節(jié)點的比特更新值，傳遞給校驗節(jié)點處理單元；
步驟五，校驗節(jié)點處理單元根據(jù)傳遞給當(dāng)前校驗節(jié)點的所有信息節(jié)點的比特更新值， 計算本次迭代的校驗更新值，這個校驗更新值存入外信息存儲單元；
步驟六，利用第四步計算得到的信息節(jié)點的比特更新值和第五步計算得到的本次迭代的校驗更新值，計算信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值，然后存入移位寄存器。本發(fā)明具有如下有益效果
(1)本發(fā)明譯碼器適用于所有的QC類LDPC碼，只要是分塊的LDPC碼字都支持譯碼；
(2)本發(fā)明譯碼器沒有流水競爭沖突，它利用循環(huán)移位寄存器替代memory，消除了流水沖突，不需要插入流水沖突空閑等待周期，有較好吞吐率性能，工作時序也相對簡單；
(3)本發(fā)明譯碼器不需要耗費龐大資源的交織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了很多硬件資源，整個譯碼器資源消耗相對較??；
(4)本發(fā)明支持譯碼并行度可以靈活變化，可以方便的在硬件資源和吞吐率選擇一個折中，對于不需要靈活性但需要極小資源或極高吞吐率的應(yīng)用需求有很好適用性。


圖1是本發(fā)明中準(zhǔn)循環(huán)擴(kuò)展方法構(gòu)造的QC-LDPC碼的H矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中的校驗矩陣的結(jié)構(gòu)示意圖及分層方法示意圖3是本發(fā)明循環(huán)移位寄存器示意圖(以4個抽頭為例)； 圖4是本發(fā)明最大最小值查找模塊結(jié)構(gòu)框圖(以7輸入為例)； 圖5是本發(fā)明譯碼器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖6是本發(fā)明譯碼器的系統(tǒng)各部分網(wǎng)絡(luò)連接示意圖。圖7是本發(fā)明譯碼器的譯碼核心處理模塊框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，是現(xiàn)有使用并行度為k的譯碼器所采用的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的母矩陣及其擴(kuò)展方法。需要構(gòu)造的碼字的大小為m*n，則相應(yīng)的母矩陣的大小為(m/k)* (n/k)，母矩陣中的每一個元素擴(kuò)展為一個k*k的矩陣。母矩陣中的0擴(kuò)展成一個k*k的零矩陣；母矩陣中的1擴(kuò)展成一個k*k的單元矩陣的循環(huán)移位形式，圖中，左側(cè)是母矩陣示意圖，右側(cè)是母矩陣中某非零元素擴(kuò)展示意圖。構(gòu)造好母矩陣后還需要對母矩陣進(jìn)行變換，用本發(fā)明的譯碼器譯碼來譯碼可以更好的性能。變換方法如下，從母矩陣第二行開始，如果第η行非-1元素與廣(η-1)行的同一列非-1元素有重復(fù)，整行所有非-1元素都加1，直到所有非-1元素與廣(η-1)行的同一列非-1元素都沒有重復(fù)為止，最后變換后的母矩陣每一列的非-1元素都不一樣。如圖2所示，圖示是本發(fā)明譯碼器使用的迭代方法的分層方法，說明書背景技術(shù)中提到的兩個專利使用的分層方法如圖左邊所示，把母矩陣每一行擴(kuò)展的k行作為一層， 總共層數(shù)為母矩陣行數(shù)，然而本發(fā)明譯碼器分層方法則如圖右邊所示，母矩陣每行擴(kuò)展后只取k行中的一行，總共母矩陣行數(shù)作為一層，層數(shù)為擴(kuò)展因子k，例如所有擴(kuò)展后的第一行為第一層，第二行為第二層……。如圖3所示，是本發(fā)明譯碼器所涉及的循環(huán)移位寄存器結(jié)構(gòu)，循環(huán)移位寄存器由多段進(jìn)行拼接連接成環(huán)形，段個數(shù)為母矩陣列重，每一段輸出傳遞給比特節(jié)點處理單元，從信息比特處理單元傳遞輸入。如圖4所示，是本發(fā)明譯碼器所涉及的最小次小值查找模塊結(jié)構(gòu)，示例為7輸入的模塊，先兩兩一對分組排序，然后連接4選2模塊從兩組排好序的4個數(shù)選出最小和次小值。如圖5所示，為本發(fā)明譯碼器一實施例結(jié)構(gòu)圖，該分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，包括譯碼處理模塊、外信息存儲單元、η個循環(huán)移位寄存器三個大模塊，其中譯碼處理模塊可以分為比特節(jié)點處理單元、校驗節(jié)點處理單元和信息比特處理單元三個部分。如圖6所示，本本發(fā)明譯碼器一實施例幾個模塊之間連接網(wǎng)絡(luò)圖，其中循環(huán)移位寄存器為乒乓，個數(shù)有η個(η母矩陣列數(shù))，校驗節(jié)點有m個(m為母矩陣行數(shù))，每一比特節(jié)點處理單元和信息比特處理單元都有行重個加或減節(jié)點。所述的譯碼處理模塊里，外信息存儲單元將上次迭代的校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值即校驗更新值輸出給譯碼處理模塊。循環(huán)移位寄存器將信息節(jié)點的后驗概率似然比的更新值傳遞給譯碼處理模塊。譯碼處理模塊將本次迭代中由校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值傳遞給外信息存儲單元，將信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值傳遞給循環(huán)移位寄存器。如圖7所示，所述譯碼處理模塊的譯碼核心處理模塊框圖，包括第一 2選1選擇器501、比特節(jié)點處理單元502、校驗節(jié)點處理單元509、信息比特處理單元512，其中第一 2選1選擇模塊501對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，并將選擇的結(jié)果輸出給比特節(jié)點處理單元。比特節(jié)點處理單元計算信息節(jié)點的比特更新值，傳遞給校驗節(jié)點處理單元和信息比特處理單元。校驗節(jié)點處理單元根據(jù)接收到的比特節(jié)點處理單元送來的信息節(jié)點的比特更新值，計算本次迭代的校驗更新值，并傳遞給信息比特處理單元和外信息存儲單元509。信息比特處理單元根據(jù)比特節(jié)點處理單元傳來的比特更新值以及校驗節(jié)點處理單元傳來的本次迭代的校驗更新值來計算信息節(jié)點后驗概率似然比更新值，輸出給循環(huán)移位寄存器515。所述譯碼處理模塊，其執(zhí)行流程如下 (1) 選擇輸入數(shù)據(jù)
第一 2選1選擇器501對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。如果在譯碼過程中該信息節(jié)點第一次參與譯碼，則選擇剛存儲信道信息的循環(huán)移位寄存器514或515，否則選擇另外一個循環(huán)移位寄存器514或515中讀出的信息節(jié)點后驗概率似然比。第一 2選1選擇器501的輸出 IlrSum傳遞給比特節(jié)點處理單元。(2) 計算信息節(jié)點的比特更新值
如圖5所示，比特節(jié)點處理單元包括減法器502、第一補碼轉(zhuǎn)化器503和第一截位運算器504，從外信息存儲單元讀出的上一次迭代的校驗更新值llr2Msg01d傳遞給減法器502， 減法器502將第一 2選1選擇器501的輸出IlrSum和校驗更新值llr2Msg01d相減，得到信息節(jié)點的信息更新值IlrNewTmp,校驗更新值讀取是根據(jù)位置標(biāo)志選擇最小還是次小值。 IlrNewTmp傳遞給第一補碼轉(zhuǎn)換器503，將補碼形式的數(shù)字轉(zhuǎn)換成符號位-絕對值形式的數(shù)字llrNewUnsigned。由于累加的過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)位寬變大的情況，因此需要將第一補碼轉(zhuǎn)換器503的輸出送入到第一截位運算器504，將位寬改稱原先預(yù)定的大小。第一截位運算器504出來的比特更新值llr2Check送入校驗節(jié)點處理單元。( 3 ) 計算校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值
如圖5所示，校驗節(jié)點信息更新模塊包括最小次小值查找模塊和修正模塊。最小次小值查找模塊由一些比較器組成，結(jié)構(gòu)如圖4，修正模塊為乘性修正使用3個加法器構(gòu)成。校驗節(jié)點處理單元的操作又分為如下幾步
①計算與當(dāng)前校驗節(jié)點相連的所有信息節(jié)點的比特更新值的最小值和次小值。(本實施例采用LMMSA算法，所以需要計算與當(dāng)前校驗節(jié)點相連的比特更新值中的最小值和次小值。)
直接使用一個由許多個比較器互相連接而成的最小次小模塊505 —次性找出最小和次小值并用行重比特來記錄該選擇最小還是次小。②乘性修正最小次小模塊505輸出直接輸入到乘法器506中進(jìn)行乘性修正，即將其乘以一個系數(shù) alpha,經(jīng)過乘法器之后的輸出送入第二截位運算器507。Alpha值通過LDPC碼通用仿真平臺掃描系數(shù)alpha仿真得到，系數(shù)alpha為0. 8附近性能最好，實現(xiàn)時可以在0. 8附近取個值，而不重新仿真。③截位運算
從乘法器506出來的信息的位寬比校驗更新值的位寬大，所以在進(jìn)入第二補碼轉(zhuǎn)換器 508之前，需要對該值進(jìn)行的位寬進(jìn)行調(diào)整，由第二截位運算器507調(diào)整為校驗更新值的位
覓ο④數(shù)字格式轉(zhuǎn)換
將第二截位運算器507的輸出送入第二補碼轉(zhuǎn)換器508，將符號位-絕對值形式的數(shù)字轉(zhuǎn)換為補碼形式的數(shù)字llr2Msg。⑤計算校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的更新值
根據(jù)位置比特標(biāo)志選擇最小還是次小作為校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的更新值。最后，本次迭代的校驗更新值，存入外信息存儲單元401。(3)計算信息節(jié)點后驗概率似然比更新值
如圖5所示，信息節(jié)點后驗概率似然比更新模塊包括緩存器510、第三補碼轉(zhuǎn)換器511 和加法器512。緩存器510把比特更新值llr2Check緩存延遲幾個周期，從緩存器510出來的數(shù)據(jù)Q進(jìn)入第三補碼轉(zhuǎn)換器511中，由符號-絕對值形狀轉(zhuǎn)化為補碼形式1 IrNew,送入加法器512。加法器512的另一個輸入是校驗更新值llr2Msg，兩個值相減，得到信息節(jié)點后驗概率似然比更新值llrSumNew。llrSumNew的符號位就即為硬判結(jié)果，同時存入乒乓的循環(huán)移位寄存器514或515。當(dāng)采用本實施例系統(tǒng)對一個碼長為8064、碼率為1/2的非規(guī)則低密度校驗碼，現(xiàn)在要對這個碼進(jìn)行譯碼，擴(kuò)展因子96，層數(shù)為96，即子矩陣的個數(shù)為96。該非規(guī)則低密度校驗碼的特點是所有行重為7。具體的譯碼過程包括以下步驟
步驟一，接收信道信息，信道信息將會被順序的分割成8064/96=84個子模塊，對應(yīng)84 個循環(huán)移位寄存器，乒乓的循環(huán)移位寄存器將有一個被用于移位存儲信道信息，另一個用于迭代譯碼使用，然后交換作用，乒乓使用。步驟二，第一 2選1選擇模塊501會選擇用于迭代譯碼的循環(huán)移位寄存器，將選擇結(jié)果IlrSum送入譯碼處理模塊；
步驟三，從外信息存儲單元509讀出的上一次迭代的校驗更新值IlrfMsgOld和信息節(jié)點后驗概率似然比llrSum，相減作為Ilr信息，進(jìn)行補碼轉(zhuǎn)換和截位，取得絕對值和符號； 步驟四，在處理過程中，譯碼處理模塊首先得到信息節(jié)點的比特更新值llr2Check。根據(jù)信息節(jié)點的比特更新值llr2Check得到本次迭代校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值IlrfMsg并存入外信息存儲單元509。接著，譯碼處理模塊根據(jù)信息節(jié)點的比特更新值 llr2Check和本次迭代校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值llr2Msg得到信息節(jié)點后驗概率似然比更新值IlrSumNew,存入循環(huán)移位寄存器。如此完成了一次迭代之后進(jìn)入下一次迭代。依次類推，直到迭代結(jié)束。進(jìn)入譯碼處理模塊的上一次迭代的校驗更新值IlrfMsgOld和信息節(jié)點后驗概率似然比1 IrSum作為減法器502的兩個輸入相減，得到信息節(jié)點的信息更新值1 lrNewTmp。將IlrNewTmp傳遞給第一補碼轉(zhuǎn)換器503，將補碼形式的數(shù)字轉(zhuǎn)換成符號位-絕對值形式的數(shù)字llrNewUnsigned。第一補碼轉(zhuǎn)換器503的輸出送入到第一截位運算器504。第一截位運算器504出來的數(shù)據(jù)llr2Check按順序存放進(jìn)緩存器510中。同時，比特更新值llr2Check 傳遞給最小次小值模塊。步驟五，校驗節(jié)點處理單元中，最小次小模塊505從對應(yīng)
同一行的7個llr2Check選出最小和次小值，輸入到乘法器506中進(jìn)行乘性修正，即乘以 0.8125，從乘法器506出來的信息的位寬比校驗節(jié)點的更新值的位寬大，所以在進(jìn)入第二補碼轉(zhuǎn)換器508之前，需要對該值進(jìn)行的位寬進(jìn)行調(diào)整，由第二截位運算器507調(diào)整為校驗節(jié)點的位寬。將第二截位運算器507的輸出送入第二補碼轉(zhuǎn)換器508，將符號位-絕對值形式的數(shù)字轉(zhuǎn)換為補碼形式的數(shù)字llr2Msg，從第二補碼轉(zhuǎn)化器508出來的信息llr2Msg即位校驗節(jié)點的更新值，存入外信息存儲單元509。步驟六，從緩存器510出來的Q進(jìn)入第三補碼轉(zhuǎn)換器511中，由符號-絕對值形狀轉(zhuǎn)化為補碼形式llrNew，送入加法器512。加法器512的另一個輸入是校驗更新值llr2Msg， 兩個值相減，得到信息節(jié)點后驗概率似然比更新值llrSumNew。llrSumNew的符號位就即為硬判結(jié)果，之后存入循環(huán)移位寄存器。步驟七，下一次循環(huán)或迭代結(jié)束。在本實施例中，沒有流水競爭沖突，它利用循環(huán)移位寄存器替代memory，消除了流水沖突，不需要插入流水沖突空閑等待周期，有較好吞吐率性能，工作時序也相對簡單；不需要耗費龐大資源的交織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了很多硬件資源，整個譯碼器資源消耗相對較小。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，包括譯碼處理模塊、外信息存儲單元、 循環(huán)移位寄存器，其特征在于，使用循環(huán)移位寄存器來存儲信息節(jié)點的后驗概率似然比，使用最小次小值查找模塊一次性輸出最小和次小值，譯碼迭代過程用分層方法，分層方法采用母矩陣擴(kuò)展的k行里各取一行作為一層，每一層譯碼數(shù)量為一個母矩陣，層數(shù)為準(zhǔn)循環(huán)擴(kuò)展因子；其中外信息存儲單元將上次迭代的校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值即校驗更新值輸出給譯碼處理模塊，并存儲譯碼處理模塊傳輸過來的本次迭代中的檢驗更新值；循環(huán)移位寄存器將信息節(jié)點的后驗概率似然比傳遞給譯碼處理模塊，并存儲譯碼處理模塊傳輸過來的信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值；譯碼處理模塊將本次迭代中由校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的校驗更新值傳遞給外信息存儲單元，將信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值經(jīng)譯碼處理模塊交織網(wǎng)絡(luò)傳遞給循環(huán)移位寄存器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述的譯碼處理模塊，包括第一 2選1選擇器、比特節(jié)點處理單元、校驗節(jié)點處理單元、信息比特處理單元，其中第一 2選1選擇器在信道信息和從循環(huán)移位寄存器中讀出的信息節(jié)點后驗概率似然比之間進(jìn)行選擇，并將選擇的結(jié)果輸出給比特節(jié)點處理單元；比特節(jié)點處理單元計算信息節(jié)點的比特更新值，傳遞給校驗節(jié)點處理單元和信息比特處理單元；校驗節(jié)點處理單元根據(jù)接收到的比特節(jié)點處理單元送來的信息節(jié)點的比特更新值，計算本次迭代的校驗更新值，并傳遞給信息比特處理單元和外信息存儲單元；信息比特處理單元根據(jù)比特節(jié)點處理單元傳來的比特更新值以及校驗節(jié)點處理單元傳來的本次迭代的校驗更新值來計算信息節(jié)點后驗概率似然比更新值，并經(jīng)譯碼處理模塊交織網(wǎng)絡(luò)輸出給循環(huán)移位寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述的比特節(jié)點處理單元，包括減法器、第一補碼轉(zhuǎn)換器和第一截位運算器，其中減法器將第一信息節(jié)點后驗概率似然比和外信息存儲單元讀出的上一次迭代的校驗更新值相減，得到信息節(jié)點的信息更新值，傳遞給第一補碼轉(zhuǎn)換器；第一補碼轉(zhuǎn)換器將信息節(jié)點的信息更新值轉(zhuǎn)換為符號位-絕對值形式的數(shù)字，并傳輸給第一截位運算器；第一截位運算器對第一補碼轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行截位操作，將位寬變?yōu)樵阮A(yù)定的信息節(jié)點信息的位寬，以避免在累加的過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)位寬變大的情況，即得到信息節(jié)點的比特更新值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述的校驗節(jié)點處理單元，包括最小次小查找模塊、乘法器、第二截位運算器和第二補碼轉(zhuǎn)換器，其中最小次小查找模塊從比特節(jié)點處理單元傳輸過來的信息找出最小值和次小值，以便進(jìn)一步乘性修正處理，保存到外信息存儲單元；乘法器將最小次小查找模塊的輸出乘以一個常數(shù)，該常數(shù)通過軟件仿真得到，乘法器的輸出再通過第二截位運算器，將校驗更新值的位寬約束在一定范圍內(nèi)，之后再經(jīng)過第二補碼轉(zhuǎn)換器，得到最終本次迭代的校驗更新值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述最小次小查找模塊由許多四輸入二輸出小單元組成和二輸入二輸出小單元；所述二輸入二輸出小單元輸入兩個節(jié)點信息，輸出為按大小排列好的的原樣數(shù)據(jù)，作用是對兩個數(shù)進(jìn)行排序，由選擇器構(gòu)成；所述四輸入二輸出小單元四個輸入是兩個二輸入二輸出或另兩個個四輸入二輸出的四個輸出，作用是把已經(jīng)排好大小的兩組輸入數(shù)據(jù)里面選出四個里的最小與次小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述的信息比特處理單元，包括緩存器、第三補碼轉(zhuǎn)換器、加法器，其中緩存器用于存放比特節(jié)點處理單元傳輸過來的信息節(jié)點的比特更新值，其長度等于與當(dāng)前校驗節(jié)點相連的信息節(jié)點的個數(shù)，即等于校驗矩陣對應(yīng)當(dāng)前校驗節(jié)點的行重；第三補碼轉(zhuǎn)換器接收校驗節(jié)點處理單元中的緩存器傳輸過來數(shù)據(jù)，將符號-絕對值形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為補碼形式；加法器將第三補碼轉(zhuǎn)換器的輸出和校驗節(jié)點處理單元傳輸過來的本次迭代的校驗更新值相加，得到信息節(jié)點后驗概率似然比更新值，傳遞給譯碼循環(huán)移位寄存器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器，其特征是，所述的外信息存儲單元使用memory來實現(xiàn)，memory個數(shù)為校驗節(jié)點個數(shù)，數(shù)據(jù)位寬為外信息的數(shù)據(jù)位寬兩倍加上行重比特，存儲最大、最小值及最小值位置，存儲深度為母矩陣擴(kuò)展因子；所述的循環(huán)移位寄存器個數(shù)共有比特節(jié)點個數(shù)，每個循環(huán)移位寄存器輸入輸出抽頭個數(shù)為比特節(jié)點對應(yīng)于母矩陣的列重。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼方法，其特征在于， 包括以下步驟步驟一，獲得譯碼器的輸入數(shù)據(jù)即信道值；步驟二，選擇器對信息節(jié)點后驗概率似然比的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，如果在譯碼過程中該信息節(jié)點第一次參與譯碼，則選擇剛輸入信道信息的移位寄存器作為信息節(jié)點后驗概率似然比，否則從另外一個循環(huán)移位寄存器中讀出的數(shù)據(jù)作為當(dāng)前迭代的信息節(jié)點后驗概率似然比傳遞給譯碼處理模塊；步驟三，從外信息存儲單元讀取上一次迭代中校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值即校驗更新值，傳遞給譯碼處理模塊；步驟四，比特節(jié)點處理單元讀取出信息節(jié)點后驗概率似然比和外信息存儲單元讀取的上一次迭代的校驗更新值，得到信息節(jié)點的比特更新值，傳遞給校驗節(jié)點處理單元；步驟五，校驗節(jié)點處理單元根據(jù)傳遞給當(dāng)前校驗節(jié)點的所有信息節(jié)點的比特更新值， 計算本次迭代的校驗更新值，這個校驗更新值存入外信息存儲單元；步驟六，利用第四步計算得到的信息節(jié)點的比特更新值和第五步計算得到的本次迭代的校驗更新值，計算信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值，然后存入移位寄存器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼方法，其特征是，所述譯碼迭代過程用分層方法，分層方法采用母矩陣擴(kuò)展的k行里各取一行作為一層，每一層譯碼數(shù)量為一個母矩陣，層數(shù)為準(zhǔn)循環(huán)擴(kuò)展因子，不需要交織網(wǎng)絡(luò)，不存在流水沖突。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼處理方法，其特征是，所述循環(huán)移位寄存器存儲信息節(jié)點的后驗概率似然比，每一次每一層譯碼迭代中，循環(huán)移位寄存器內(nèi)容移位一次，一個移位寄存器環(huán)的幾段連接處既輸出前一段數(shù)據(jù)又輸入下一段數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種通信技術(shù)領(lǐng)域的分層分塊非規(guī)則低密度校驗碼譯碼器及譯碼方法，其中外信息存儲單元將上次迭代的校驗節(jié)點傳遞給信息節(jié)點的軟值輸出給譯碼處理模塊。循環(huán)移位寄存器將信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值傳遞給譯碼處理模塊。譯碼處理模塊將本次迭代中校驗更新值傳遞給外信息存儲單元，同時將信息節(jié)點的后驗概率似然比更新值經(jīng)譯碼處理模塊交織網(wǎng)絡(luò)傳遞給循環(huán)移位寄存器。本發(fā)明適用于所有的QC類LDPC碼譯碼，只要是分塊的LDPC碼字都支持譯碼；沒有流水競爭沖突，有較好吞吐率性能，工作時序也相對簡單；不需要耗費龐大資源的交織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了很多硬件資源，整個譯碼器資源消耗相對較小。支持譯碼并行度可以靈活變化。
文檔編號H04L1/00GK102281125SQ20111021539
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者俞暉, 崔靖, 徐友云, 楊藝賓, 王軼翔 申請人:上海交通大學(xué)