基于CCSDS规范LDPC码的FPGA实现

低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码具有优异的误码性能,但目前卫星数传系统主要采用RS+卷积级联编码,为此,在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)上实现基空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)的LDPC码编码是必要的。介绍了基于CCSDS规范的LDPC码,包括校验矩阵形式和生成矩阵形式。依据(8 176,

信号与信息处理

基于 CC D S S规范 L P D C码的 F GA实现 P叶荣润，俞帆，王晓平(海航天电子技术研究所，上海 2 10 )上 0 19摘要低密度奇偶校验 ( o esyPryC ek D C码具有优异的误码性能，但目前卫星数传系统主要采 Lw D ni at hc,L P ) t i

用 R s+卷积级联编码，为此，在现场可编程门阵列 ( i d Po r m b a r y P A)上实现基空间数据系统咨 Fe r a a l G t A r,F G l gm e e a询委员会 ( o sl t eC m ie rS ae D t S s m, C S S的 L P码编码是必要的。介绍了基于 C S S规范的 C nu a v o m t e f pc a yt s C D ) ti t o a e DC CD

LP D C码，包括校验矩阵形式和生成矩阵形式。依据 ( 7 81 6,7 14 L P 5 ) D C码的矩阵结构，分析了矩阵信息的存储设

计。在 FG上实现了 L P PA D C码串行编码，并详细介绍了编码过程。结合吞吐量的因素，实现了 L P D C码并行编码。 关键词低密度奇偶校验码；生成矩阵；C S S C D;矩阵存储中图分类号 T 9 12 N 1 .2文献标识码 A 文章编号 10—30 (0 10 0 3 16 2 1)9一O3 0 0 4— 3

I p e e t to f CCS m lm n a i n o DS LDPC d s Co eYE Ro g 1 1。 YU F n. W ANG a— i g n一3 1 1 a Xio p n

( h n h i ntu a ei t l t n e n l y h n h i 0 9 C i ) S a g a Istt o S c g e r i Tc o g,S ag a 2 10, h a i ef p f h E co c h o l 1 nAbsr c I sn c say t td tat ti e e s r o su y LDPC c d sb c us ftero ttn i gp roma c fbter rr t o e e a eo i u sa d n efr n eo i ro ae, h we e, t y ae n ty tu e h o v r he r o e s di a e lt a a r n f r y t m, wh r t e n s t li d t ta

s e s se e e e h RS+ c n o u i n l c n a e a e c d s r i l u e o v l t a o c t n t d o e a e ma n y s d. L C o e b s d n o DP c d s a e o CCS r DS a e

it d cd icu igtec e kmar n e eao tx. I i dsusdta o osoete ifr t no eeao t xo 8 7 nr u e, n ldn h c txa dgn rtrma i o h i r t s i se h t w t tr h nomai fgn rtrmar f( 1 6, c h o i

7 5 )L C c ds S r le cdn si lm ne ae n F GA, a d te poesi d sr e 1 4 DP o e . e a no ig i mpe e td b sd o P i n h rc s s ec b d. P rl le c dn si lmetd t i aal n o ig i mpe ne o e i r v h h o g u . mp o e t e tr u hp t Ke r s L C; g n rtrmarx; CCS y wo d DP e eao ti DS; so a e o t x tr g fmar i

0引言 LP D C码是由 G l gr 16 a ae于 9 2年在博士论文 _ l 1 J

( 7, 14 L P 816 7 5 ) D C码由 2×1 6个 5 1 1 1×5 1的

循环阵组成，构成了一个 1 2 2×816的校验矩阵。 0 73 2个循环矩阵中每个矩阵的行重都是 2即每行都，有 2‘’素。校验矩阵中每行的总行重是 3。个 1元 2

中提出的，具有近香农限的性能，且有理论基础，并 易于描述和实现。由于 L P D C码的优异性能，已被

每个循环矩阵的列重也是 2即每列都有 2个‘’, 1元

应用于多个领域，被很多协议采用，中 C S S并其 CD就对其进行了试验性的规范 l。目前在轨卫星主要 2 j采用 R S+卷积级联编码为主的卫星数传系统，于对具有更优误码性能的 L P D C码，尚处于研究探索阶段。基于此， F G上实现基于 C S S规范的在 PA CD

素。校验矩阵中每列的总列重是 4 C S S规范中。 CD给出了每个循环矩阵中‘’

素的位置， 1元具体参见规范。

其实由于 C S S规范构造的 L P CD D C码具有良好的结构特性，以将 L P可 D C码校验矩阵形式转换为生成矩阵形式。 ( 7, 5 ) D C码的生成矩阵 816 7 14 L P

LP D C码编码是必要的，它将为后续实际应用提供参考。

G是系统的循环矩阵结构， 7 14x714的单位由 5 5

阵和 2列 5 1 1 1 x5 1的循环阵 B组成，一列包含 每 1循环阵。 4个

1 L C码 DPC S S 20 C D在 0 6年发表了文档号 C S S 1 1 1 C D 3 .—

2 L C码的 F GA实现 DP PC S S规范推荐的 L P CD D C码采用基于生成矩阵的编码方法。从以上矩阵可以知道，生成矩阵是该

0 1的白皮书，于 2 0。并 0 7年发表了文档号 C S S C D 11 1一 3 .- 2的橙皮书，者的矩阵构造方法有所差 O二

别，都是 Q—D C码。下面将介绍 C S S在 20但 CL P CD 07年的橙皮书规范中推荐的 ( 7, 5 )D C码， 816 714 L P即码长为 816位，率为 7 8适用于近地轨道。 7码/,3 4 2 1 Ra i g n e i 1. 1 No. 01 d o En i e rng Vo 4 9

系统的。基于生成矩阵的编码算法为：收稿日期：0 10,2 21-60