[发明专利]一种利用图形处理器GPU实现的并行RS译码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用图形处理器GPU实现的并行RS译码方法，适用于卫星地面接收系统高速数据通信中海量信息的实时处理。

背景技术

卫星地面接收系统需要接收通过星地通信链路下传的大量数据信息进行采集、传输、综合分析、计算等处理。星地通信链路是一种不稳定的链路，在该链路上传输信息时存在大量的误码。为了抵抗星地通信链路的误码对数据的影响，卫星地面接收系统必须采用纠错码技术。

纠错码技术是卫星地面接收系统抵抗信道误码的关键手段，是数据能够被正确、及时处理的前提，在接收系统中具有较高的处理复杂度。RS码作为常用的纠错码，其译码速度直接影响卫星地面接收系统的数据处理速度，进而决定了地面接收系统的最大接收能力。

RS码是一类具有很强纠错能力的多进制BCH码，也是一类典型的代数几何码。它首先由Reed和Solomon应用MS多项式于1960年构造出来。用MS多项式构造的RS码是非系统码，而用BCH码构造方法能产生系统码。由于线性码的最大可能的最小距离是校验元的个数加1，而RS码恰好做到这一点，因此，称RS码为极大最小距离可分码(MDS码)。RS码采用了q进制，所以它是多进制调制时的自然和方便的编码手段；RS码特别适合于在衰落信道中使用，以克服突发性差错。正由于其优越的性能，RS码在深空通信、数字音视频通信、磁记录介质等领域取得广泛应用，它是目前应用最为广泛的纠错编码之一。根据对纠错能力的要求不同，可以采用具有不同参数的RS码。无论具有何种参数，RS码所采用的译码方法均相同。例如空间通信常用的RS码为空间数据系统咨询委员会(CCSDS)推荐的RS(255，223)或RS(255，239)码，这两种码的译码方法相同，只是纠错能力参数不同。

RS译码器的译码过程通常包括三个计算步骤：错误检测、关键方程计算、错误纠正。三个计算步骤均需要进行大量的有限域运算，其中乘法、加法运算的数量庞大，对译码速度的影响也最大。

通用计算机只能顺序的执行乘法或加法，因此采用通用计算机及配套软件进行RS译码的处理速度较低，无法满足海量卫星数据处理的实时性要求。为了达到实时处理的要求，常用方案是设计专用RS译码板卡，通过FPGA芯片实现解码过程的高速处理。专用板卡的硬件设计、制造、维护成本高昂，软件不具有通用性。随着卫星下传数据速率的飞速增加，对RS译码的速率要求也在不断提高。采用专用处理板卡可以满足现有数据处理速度，但在处理速度需求超出当前板卡性能上限或者所使用的RS编码参数变更时只能重新进行板卡硬件及其专用软件的设计，造成设备升级难度大、成本高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用图形处理器GPU实现的并行RS译码方法，根据卫星地面接收系统的要求，采用连接有GPU的通用计算机作为硬件平台，通过GPU内部计算核心的两层并行结构实现高速并行RS译码，在实现高速并行RS译码的前提下经济的实现译码速率上限的升级，成本低，易于实现。

本发明的技术方案是：一种利用图形处理器GPU实现的并行RS译码方法，实现步骤如下：

(1)通用计算机首先根据编码参数生成有限域与二进制数据转换查找表、有限域加法查找表、有限域乘法查找表、有限域对偶基和自然基查找表，然后将上述各查找表写入GPU纹理内存；

(2)通用计算机检测已连接的GPU个数及各个GPU的最大并行规模，根据已连接的所有GPU的最大并行规模读入多个待解码的RS码字；

(3)通用计算机将读入的码字写入GPU内部的全局存储器，启动GPU解码程序进行译码，GPU中设计多个线程，线程数量远大于读入码字的数量，利用线程实现多个码字的并行译码；

(4)通用计算机边读取后续码字，边等待GPU译码结果；

(5)GPU译码和后续数据读取都结束后，通用计算机从GPU内部的全局存储器中读出译码后的数据，将后续码字写入GPU内部的全局存储器，继续进行后续码字的译码，直到所有数据译码完成。

所述步骤(2)中通用计算机读入多个待解码的RS码字的步骤为：

(2.1)通过GPU编程语言的指令查询所连接的GPU数量n；