[实用新型]低码率译码器

说明书

本实用新型公开了一种低码率译码器，包括变量节点处理单元、校验节点处理单元、变量节点信息存储模块、校验节点信息存储模块，译码控制模块和译码输出单元等。本实用新型提供的低码率译码器能基于FPGA实现，其具有高速、高纠错能力等优点，最大工作频率可达235.76MHz、吞吐量可达225.54Mb/s，可以有效的提高超晶格密钥分发系统中纠错过程的速率，提高整个超晶格密钥分发系统的密钥分发速率，使超晶格密钥分发系统在安全素描(secure sketch)过程中拥有高纠错能力，从而很好的满足超晶格密钥分发系统在安全素描过程中特殊通信信道对纠错能力的要求。

技术领域

本实用新型涉及一种译码器，特别涉及一种基于FPGA实现的高速、具有高纠错能力的低码率译码器及其用途。

背景技术

信息安全如今已经变得越来越重要。半导体超晶格器件由于能够以很高的速度生成高质量的随机数，有人将它应用在信息安全领域，提出了一种基于半导体超晶格器件的密钥分发技术作为实现对称加密的无条件安全性的新方案。目前开展的超晶格器件的密钥分发系统，为实现密钥协商两端的数据完全同步，保密通信甲方通过生成器先产生密钥，并借助安全素描(secure sketch，属于fuzzyextractor过程)过程产生帮助文件(help data)传送给乙方，乙方利用帮助文件以及和生成器混沌同步的重构器，能够恢复出与甲方完全相同的数据序列。其中，安全素描(securesketch)过程是超晶格密钥分发系统中构建模糊提取(fuzzy extractor) 的步骤，它在超晶格密钥分发系统中的含义是密钥生成器生成有关输入w且不泄露w信息的公共信息(help data)，与生成器混沌同步的重构器能够生成一个接近w的值w′，利用w′和从公共信道接收到的help data可以准确恢复w的过程。

超晶格密钥分发系统中的安全素描(secure sketch)过程与数据通信系统结构相似，可以从纠错码的角度入手，将安全素描(secure sketch)过程视为在特殊的通信信道中对受到一定干扰的信号进行纠错，恢复信源信号的过程。纠错码技术作为保证信息可靠传输的有效手段被广泛应用于超晶格密钥分发系统的安全素描(secure sketch)过程中。目前超晶格密钥分发系统中采用的纠错方案是通过Matlab来实现BCH译码进行纠错。此方案的译码速度仅达 1Kb/s，译码速度过慢，影响超晶格密钥分发速率，且依赖主机、不易于集成。因此需要设计其它译码方案来改善目前存在的问题。

改善超晶格密钥分发系统的纠错方案，选择合适的纠错码是非常重要的。LDPC(Low Density Parity Check)码最早于1962年由Gallager提出，是一类具有稀疏校验矩阵的线性分组码，不仅有逼近Shannon极限的良好性能，而且具有结构灵活、译码复杂度低、易于在FPGA 上实现等优点，是近些年来信道编码领域的热点之一。QC-LDPC(准循环LDPC)码由于其校验矩阵具有准循环性，硬件实现复杂度更低，被广泛应用于信道编码领域。BP(置信传播) 译码算法是LDPC码的一种常见的软判决译码算法，不仅具有很好的译码性能，而且是一种并行译码算法，可以极大地提高译码速度。但由于BP译码算法需要大量的乘法计算单元，硬件实现上资源消耗较多，虽然能达到很高的性能，但难以应用到实际各种通信场合中。为了优化算法，引入了LLR-BP(对数域BP)译码算法，通过取对数，可以将乘法计算转换为对数域的加法计算，有利于硬件实现。LLR-BP译码算法在一定程度上降低了BP译码算法的复杂度，但由于其涉及到正切函数等运算。随着码长的增加，LLR-BP译码算法的复杂依旧较大。为了进一步简化译码算法的复杂度，由此产生了MS(最小和)译码算法。MS译码算法虽然复杂度最低，但由于其在译码算法过程中使用近似计算会导致较大误差，其译码性能受到一定程度的影响。有研究者引入了NMS(归一化最小和)译码算法，通过乘以归一化因子有效提高MS译码算法的性能，但是其仍不能满足超晶格密钥分发系统高纠错能力的要求。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种低码率译码器及其用途，从而克服现有技术的不足。