一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器制造技术

本发明专利技术涉及一种通用的适用于QC‑LDPC码的硬判决比特翻转译码器。该译码器的主要模块包括变量节点单元、校验节点单元和翻转指示器。借助于QC‑LDPC码的规则性，变量节点单元采用了部分移位结构，降低了对存储资源的消耗。校验节点单元采用了树形结构，减少了计算延迟。在翻转指示器中，将数据表示为one‑hot的方式，并且减少了最大值查找单元的输入数目，进而大幅降低了硬件资源消耗。本发明专利技术的译码器可满足目前绝大多数比特翻转算法的计算要求，可用于实现更加复杂的算法。由于合理的设计，相较于目前所公开的比特翻转译码器，本发明专利技术的译码器需要更少的面积和功耗，并且能够提供更高的吞吐率。

【技术实现步骤摘要】
一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器所属
本专利技术涉及通信编码
的译码算法，特别涉及到通信领域中一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器。
技术介绍
由于在迭代译码下展现出的良好的译码性能，低密度奇偶校验(LDPC)码在近些年来获得了学术界和工业界的广泛关注。目前，LDPC码已经被许多工业标准所采用，例如，IEEE802.3an、IEEE802.11n和IEEE802.16a。对于LDPC码的研究主要集中在两个方面：提升其译码性能和降低其译码器的复杂度。软判决译码算法，如置信传播算法和最小和算法，可以提供目前最好的译码性能，其性能接近理论极限。但是，这一类算法的带来的计算复杂度是非常大的。硬判决译码算法的计算复杂度通常非常低，但随着而来的是比较严重的性能损失。比特翻转算法是目前最常用的硬判决译码算法。由于其简单的计算单元，比特翻转译码器的硬件复杂度远低于软判决译码器。为了在保持低复杂度的前提下，提升比特翻转算法的译码性能，许多改进的算法针对比特翻转译码算法做出了不同的修改。这些算法在译码复杂度和译码性能之间达到了不同的平衡。在软判决消息无法获得的前提下，例如在存储器中的应用，软判决译码器很难发挥作用。在这种情况下，比特翻转译码器因其高吞吐率的特性更为合适。因此，设计一种高效且通用的比特翻转译码器是十分有研究价值的。比特翻转译码器的译码过程大致可以总结如下：首先，译码器通过翻转方程计算出每个码元的能量值。目前常见的算法的翻转方程可使用如下通式表示：其中a，b，c三项不全为0。第一项代表当前码元与对应接受码元的关系；第二项代表与当前码元相关的校验和数值；第三项代表加入的随机惩罚项。在计算出每个码元的能量值后，使用一定的翻转准则对一部分码元进行翻转。常见的翻转准则有：翻转所有码元中能量值最大的；翻转对应能量值小于某个特定阈值的；翻转能量值最大的码元中满足某个特定条件的。注意，由于只使用了硬消息，在同一次迭代中会有许多码元共享最大的能量值。在目前的比特翻转译码器设计中，主要问题可归为两个方面：如何减少产生随机惩罚项所需要的硬件资源消耗；如何减少查找翻转比特(计算及查找最大能量值)带来的硬件复杂度。虽然相较于软判决译码器，比特翻转译码器的吞吐率要高得多。但是，上述两点仍然限制了比特翻转译码器吞吐率和功耗的进一步优化。目前没有出现一种通用的，高效的比特翻转译码器来综合考量这些问题。因此，设计一种通用且高效的硬判决比特翻转译码器非常具有研究意义和应用前景。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出了一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器。该译码器具有低复杂度、低延迟、高吞吐率的特点，大大降低了硬件资源消耗。具体
技术实现思路
如下：一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器，其特征在于，包含变量节点单元、校验节点单元、翻转指示器、终止判决单元和重排列单元。变量节点单元将当前译码码字发送到校验节点单元和重排列单元，校验节点单元的输出传输到翻转指示器和终止译码单元，翻转指示器将指示向量回传到变量节点单元，终止译码单元将终止信号与当前迭代数目发送给重排列单元。各部分功能如下：(1).变量节点单元用于翻转当前译码码字v中需要被翻转的码元；(2).校验节点单元用于计算校验和s；(3).翻转指示器用于计算每个比特的能量值，并且得到用于指示需要被翻转比特的指示向量I；(4).终止判决单元用于判定译码是否需要被停止；(5).重排列单元用于将当前译码码字重新排列至正确的顺序。所述的译码器还包括：预先离线产生需要的随机序列p，在译码器中使用固定的随机数值，在每次迭代周期对随机序列进行循环移位。所述的变量节点单元还包括：在每次迭代中，所述的变量节点单元通过改变当前译码码字中每个码元的存储位置来等价实现对随机序列的移位功能。所述的变量节点单元还包括：变量节点单元采用了移位架构，利用QC-LDPC码的规则性，将码字按照QC-LDPC的子矩阵大小z进行分段，共分为K段。使用K个变量节点单元，每一个移位单元完成对一个长度为z的小段的循环移位和比特翻转工作。所述的校验节点单元还包括：校验节点单元采用二叉树的结构通过异或操作来计算校验和，使得计算dc个输入的延时由dc-1变成所述的翻转指示器还包括：翻转指示器由两部分组成，分别是：(1).能量值计算单元，用于计算每一个比特的能量值Ek；(2).最大值选择单元，用于选择出具有最大值的比特并生成指示向量I；所述的能量值计算单元还包括：在能量值计算单元中，省去了数值固定的输入端口。例如在随机惩罚项数值固定的情况下，为降低硬件资源消耗，将不会将其输入到能量值计算单元中。所述的能量值计算单元还包括：在能量值计算单元中，计算得到的能量值采用one-hot的形式进行表示，即，第k个码元的能量值Ek由序列表示，当且仅当Ek＝i时，所述的能量值计算单元还包括：在能量值计算单元中，若有一些比特被禁止在当前迭代中翻转，或禁止加入翻转比特查找过程，本译码器将会通过利用与门将这些位的能量值强行置0。所述的最大值选择单元还包括：最大值选择单元由两部分组成，分别是：(1).最大值查找器，用于找出所有能量值中的最大值Emax；(2).N个指示单元，用于判定相应比特的能量值是否等于最大能量值，并生成指示向量I。所述的最大值查找器还包括：考虑惩罚项的影响将变量节点进行分类处理，对于受到惩罚项影响的码元，将其能量值序列中的每一位与其他码元能量值序列中高一位的位进行结合。例如，假设a，b分别是受到和未受到惩罚项影响的码元，则需要将与进行结合。所述的指示单元还包括：在指示单元中，对于受到和未受到惩罚项影响的变量节点设计了不同的硬件架构，用于弥补惩罚项带来的影响。两者的唯一区别是，对于受到惩罚项影响的变量节点，其能量值序列中的每一位将会与最大能量值序列中高一位的位进行结合。所述的终止判决单元还包括：在终止判决单元中，满足以下两个条件任意一个将会停止译码：(1).达到最大迭代次数；使用计数器来监测当前迭代次数，当其值达到预设值时输出为1。(2).得到有效码字。利用校验方程来判定当前码字是否有效，通过重复使用校验节点单元的输出获得校验和避免了冗余计算，判断校验和是否全为零时使用了二叉树结构的与门树来减少系统延时。所述的重排列单元还包括，在重排列单元中，当其接收到译码终止信号时，会利用当前迭代周期k与QC-LDPC码字子矩阵的大小z的余数kmodz作为选择信号，从z中排列中选择出当前译码码字的正确排列顺序。本专利技术上述提出的译码器架构，具有以下的有益效果：首先，本专利技术的译码器预先产生了随机数序列，用移位的方式来补偿由固定序列造成的性能损失，避免了使用用于产生随机数的高复杂度的随机数发生器，因而大幅度减少了所需要的硬件资源消耗；其次，本专利技术的译码器借助了QC-LDPC码的规则性，采用了改变当前译码码字中码元的存储位置的方式，等价的实现了对随机噪声序列的移位，因而避免了使用存储随机序列所需要的寄存器，降低了硬件资源消耗；第三，本专利技术的译码器的各个模块都尽可能优化了其关键路径，比如利用二叉树结构来判断校验和向量是否是全零向量；第四，本专利技术的译码器的翻转指示器中的能量值计算单元减少了输入个数。由于该单元复杂度与输入个数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用的QC‑LDPC码的硬判决比特翻转译码器，其特征在于，包含变量节点单元、校验节点单元、翻转指示器、终止判决单元和重排列单元。变量节点单元将当前译码码字发送到校验节点单元和重排列单元，校验节点单元的输出传输到翻转指示器和终止译码单元，翻转指示器将指示向量回传到变量节点单元，终止译码单元将终止信号与当前迭代数目发送给重排列单元。各部分功能如下：(1).变量节点单元用于翻转当前译码码字v中需要被翻转的码元；(2).校验节点单元用于计算校验和s；(3).翻转指示器用于计算每个比特的能量值，并且得到用于指示需要被翻转比特的指示向量I；(4).终止判决单元用于判定译码是否需要被停止；(5).重排列单元用于将当前译码码字重新排列至正确的顺序。

【技术特征摘要】
1.一种通用的QC-LDPC码的硬判决比特翻转译码器，其特征在于，包含变量节点单元、校验节点单元、翻转指示器、终止判决单元和重排列单元。变量节点单元将当前译码码字发送到校验节点单元和重排列单元，校验节点单元的输出传输到翻转指示器和终止译码单元，翻转指示器将指示向量回传到变量节点单元，终止译码单元将终止信号与当前迭代数目发送给重排列单元。各部分功能如下：(1).变量节点单元用于翻转当前译码码字v中需要被翻转的码元；(2).校验节点单元用于计算校验和s；(3).翻转指示器用于计算每个比特的能量值，并且得到用于指示需要被翻转比特的指示向量I；(4).终止判决单元用于判定译码是否需要被停止；(5).重排列单元用于将当前译码码字重新排列至正确的顺序。2.根据权利要求1所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的译码器还包括：预先离线产生需要的随机序列p，在译码器中使用固定的随机数值，在每次迭代周期对随机序列进行循环移位。3.根据权利要求1或2所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的变量节点单元还包括：在每次迭代中，所述的变量节点单元通过改变当前译码码字中每个码元的存储位置来等价实现对随机序列的移位功能。4.根据权利要求1至3所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的变量节点单元还包括：变量节点单元采用了移位架构，利用QC-LDPC码的规则性，将码字按照QC-LDPC的子矩阵大小z进行分段，共分为K段。使用K个变量节点单元，每一个移位单元完成对一个长度为z的小段的循环移位和比特翻转工作。5.根据权利要求1所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的校验节点单元还包括：校验节点单元采用二叉树的结构通过异或操作来计算校验和，使得计算dc个输入的延时由dc-1变成6.根据权利要求1所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的翻转指示器还包括：翻转指示器由两部分组成，分别是：(1).能量值计算单元，用于计算每一个比特的能量值Ek；(2).最大值选择单元，用于选择出具有最大值的比特并生成指示向量I。7.根据权利要求1或6所述的通用比特翻转译码器，其特征在于，所述的能量值计算单元还包括：在能量值计算单元中，省去了数值固定的输入端口。例如在随机惩罚项数值固定的情况下，为降低硬件资源消耗，将不会将其输入到能量值计算单元中。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中风，崔航轩，林军，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32