[发明专利]一种基于比特填充的LDPC编码方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星遥感技术领域，特别涉及一种基于比特填充的LDPC编码方法。

背景技术

随着卫星遥感技术的高速发展，LDPC编码器必须实时完成各类有效载荷海量数据的处理与传输，为此开展了新一代星载高速LDPC编码器的研制，新一代星载高速LDPC编码器要求可以完成的数据速率为5Gbps，而传统的串行处理的LDPC编码器已不能满足如此高速数据的处理要求。

纠错码是保证遥感卫星数传分系统可靠性的一个关键设备，目前通信卫星中主要采用的纠错码是CCSDS131.1-O-2标准推荐的7/8码率(8176,7154)码的缩短码形式LDPC(8160，7136)码，该纠错码具有资源占用率较低、编译码相对简单且纠错能力较强的优点。

CCSDS推荐的该种LDPC码是按照AOS标准帧格式对前方载荷数据进行编码的。AOS的标准帧为1024字节(8192比特，除去32比特帧头后剩余8160比特)，详细参数参见CCSDS标准。

LDPC(8176,7154)是线性分组码，最基本的编码方法是用单bit的串行方式实现的，其编码过程可表示为如下矩阵乘法：

C_1×n＝m_1×kG_k×n

其中，C_1×n为LDPC编码后的码字，m_1×k为信息比特，G_k×n为生成矩阵。

该LDPC码的生成矩阵G_qc形式如下：

其中，B_i,j是大小为511×511的循环矩阵，矩阵P_7154×1022按B_i,j循环方阵分块，共有r＝14行，c＝2列，块长用L＝511来表示。那么，校验位可写为：

将信息比特分为14个长为511的子块，即，m_1×7154＝(M₁ M₂…M₁₄)，则校验位为：

利用矩阵的分块特性，长向量(1×7154)与大矩阵(7154×1022)的乘法可被分解为14×2次511bit向量与511×511矩阵的乘法和14×2次向量加法。至此，运算被进一步分解为两个511bits向量的内积，从而得到进一步简化。

早期的遥感卫星由于载荷种类单一，数据速率较低，与之相对应，早期LDPC编码器的设计方法较为简单。接收到单bit串行的AOS标准帧格式后，采用LDPC基本的串行编码结构，该种编码方式在这里称为编码方式一。

在编码方式一中，前方送入编码处理器的数据流一般为单bit的串行的AOS标准帧格式数据流，具体形式如图4所示，编码方式一的数据处理流程如图5所示。这种单bit串行编码方法用于实际的FPGA实现中，时钟频率最高可实现200MHz左右，最大实时编码速率为200Mbps。

随着卫星遥感器的发展，早期的LDPC编码器设计方法已经无法满足新一代遥感卫星的需求，新一代遥感器的数据输出速率在5Gbps以上，无法实时编码处理；为了提高编码器的处理速率，现有的常规解决办法是：在编码方式一的基础上采用FIFO缓存数据的方式，用单路数据流缓存为n路，然后用n路串行LDPC编码器同时工作，编码完成后，再用FIFO缓存数据将n路数据再缓存回原来的单路数据流，将该种处理方式称之编码方式二。

在高速数据处理下，前方送入编码处理器的数据流一般为n bit(n＝2，4，8，16，32.。。。)并行的AOS标准帧格式数据流，具体形式如图6所示，编码方式二的处理流程如图7所示，该设计方法，虽然满足了实时编码速率要求，理论上可将编码速率提高为原来的n倍。但该设计方式具有几个明显的不足之处：第一，处理流程繁杂，大大增加了编码的复杂性；第二，引入FIFO进行数据缓存，既添加FIFO的读写控制逻辑，还大大提高了在分通道过程中数据处理的出错概率。第三，要对输入数据进行并串变换，这样会引入跨时钟域的问题，增加亚稳态的风险与不必要的时钟和资源浪费；第四，资源占用较多，使用了大量的FIFO资源，且n个单bit串行编码器同时工作，使用的逻辑资源至少是单bit串行编码器的n倍。

发明内容

本发明的目的在于克服两种常见编码方式的不足，提供一种基于比特填充的LDPC编码方法，该方法采用并行LDPC编码实现，能够满足高速数据处理且实现简单，以达到硬件资源少，设计复杂性低、实现简单，可靠性高的特点。