星载QC-LDPC编码方法研究

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信道编码是提高卫星通信数据传输链路可靠性的关键技术,低密度奇偶校验(LDPC)码是目前信道编码中综合性能最好的码。在实际的卫星通信中,由于信道传输环境的差异,使得通信环境差别很大,应担使用多中性能的信道编码算法对信号进行保护以此来提高卫星行到的使用率。然而LDPC码的编码或多种码编码时硬件资源耗费过大,不易使用于实际系统。本文针对此问题,设计和实现了可以对一组不同码长和不同码率的LDPC码进行兼容编码的编码器,从而节省星上硬件资源,提高可靠性和可移植性。  本文首先研究了LDPC码的基本原理,重点研究了论文中用到的准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC)的特点、编码原理及常用的SRAA编码电路,并提出了一种能够减少编码所需时钟周期的QC-LDPC码的快速编码方法,与其他方法在编码速度、复杂度方面进行了比较分析。深入分析和研究了空间咨询委员会(CCSDS)标准推荐的一组适合星载,同时适用于深空通信的LDPC码,计算出了该系列码的校验矩阵、用Matlab仿真了部分码的性能、根据该系列码的校验矩阵结构,推算出了具有兼容结构的生成矩阵形式,为兼容编码器的设计奠定了基础。设计了一个能够实现卫星通信环境所需要的多种性能码编码的兼容编码器,并对该编码器需要的硬件资源使用情况进行了分析和比较。充分复用存储资源和逻辑资源,设计了CCSDS中适用于深空通信的所有LDPC码编码的兼容编码器,使该编码器在占用较少资源的同时能够完成标准中28种码的编码,从而有效利用了星上有限的硬件资源。用Virtex26000 FPGA实现了该兼容编码器。在Xilinx ISE10.1平台上,用VHDL硬件描述语言和 modelsim仿真工具对兼容编码器进行了功能仿真和硬件实现,硬件仿真结果表明该兼容编码器能正确完成各个码的编码,FPGA综合报告表显示兼容编码器极大的减少了多种码编码时的硬件资源。
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