[发明专利]一种兼容结构化与非结构化LDPC译码器及译码算法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及前向纠错码－LDPC码的译码算法与译码器结构，主要包括TDMP算法的优化、结构化与非结构化LDPC译码的兼容、译码器硬件构架与时序优化。

背景技术

R.Gallager于1962年首先提出了LDPC码（Low Density Parity Check Codes低密度奇偶校验码），但由于当时的计算水平及人们对这种码的认识不足，LDPC码在此后的几十年并未受到重视。在1993年后，MacKay等人重新发现了LDPC码。 该码的性能十分优异，甚至在码长较长时能够逼近Shannon极限，并且LDPC还具有较小的译码错误概率和较低的译码复杂度。上世纪90年代以来，世界进入了信息化、数字化快速发展阶段，各种通信系统不断出现，如宽带无线接入领域的IEEE 802.11n（WLAN）和IEEE 802.16e（WiMAX），数字多媒体广播领域的欧洲数字电视卫星传输标准（DVB-S2），中国数字电视地面传输标准（DTMB）和适用于手持移动设备的中国移动多媒体广播标准（CMMB）等。 由于LDPC码的出色性能，多数通信标准都采用了LDPC码作为其前向纠错码。

LDPC就其构造分成两种：结构化与非结构化LDPC码。其区别在于校验矩阵中是否含有行重大于一的子矩阵。结构化的LDPC码如DTMB和IEEE 802.16m中的LDPC码，其校验矩阵中不包含这类子矩阵，而非结构化的LDPC码如CMMB和DVB-S2中的则包含这类子矩阵。

LDPC的译码算法主要有两种：TPMP（Two Phase Message Passing）算法或TDMP（Turbo Decoding Message Passing）算法。两类算法的区别在于行列更新顺序不同。在TPMP算法中，所有的行与列依序更新，即所有行或列更新完了之后才进行列或行的更新。而TDMP算法的做法是部分的行与列依序更新，通常是先进行某一层的行更新，然后将与此层的行有关联的列更新。一般而言，TDMP算法的收敛速度更快，存储资源占用也更少。但是TDMP在处理非结构化LDPC时将遇到数据冲突的问题，引发性能的损失， 尤其是当LDPC的校验矩阵中行重大于一的子矩阵数目较多时。

由于人们日常生活中在不同的场合需要使用不同的通信标准，通常人们使用需要不同的设备以满足不同的需求，十分不方便。为此未来硬件设计的一种趋势是可重构化，即同一硬件可配置到不同模式以满足不同需要。故LDPC译码器也应支持各种不同的标准，而由于LDPC构造的不同，使高效的经典TDMP算法不能应用于非结构化LDPC码的译码。并且非结构化与结构化的LDPC码之间存在一些差别，使得可配置的译码器在硬件实现上具有一定的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种算法收敛速度快，硬件使用效率高的LDPC译码器结构及译码算法。

本发明提出的LDPC译码器，采用通用的串行处理方式，而且对LDPC译码算法与硬件架构都进行了特殊优化，使得LDPC译码器能够完全兼容结构化与非结构化LDPC码。TDMP算法的优化提高了可配置LDPC译码器的算法收敛速度，LDPC译码器的存储策略、主时序和处理单元的优化提高了译码器的硬件使用效率。

一、译码算法

如附图1(a)所示，每个LDPC码都由一个M x N的奇偶校验矩阵所定义。每一行代表一个校验节点，而每一列代表一个信息节点。校验矩阵大部分都是0，而每一个1代表着相应的信息节点与校验节点在Tanner图上有连接关系，如附图1(b)所示。

本发明提出的译码算法的具体步骤如下：

（1）初始化

                     （1）

（2）前验信息更新

a.  当子矩阵的行重为一时：

                      （2）

b.  当子矩阵的行重为二时，在进行式（2）的同时，额外产生一个信息如式（3）所示：

          （3）

（3）外信息更新：

       （4）

（4）后验信息更新

a. 当子矩阵的行重为一时，则按式（5）所式进行更新：

                       （5）

b.  当子矩阵的行重为二时，则按式（6）和（7）所式进行更新：