CN102655443B - 修正欧几里德算法的部分并行实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正欧几里德算法的部分并行实现装置，包括：初始化模块，根据伴随式的计算结果，初始化错误位置多项式和错误值多项式，使Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ（x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式；并行运算模块，在同一周期内同时对错误值多项式和错误位置多项式并行进行迭代运算；运算结果模块，在设定的周期结束时，停止迭代运算，得到错误位置多项式和错误值多项式。本发明既能有效减少组合逻辑运算单元的数量，又能保证高效进行数据处理。

Description

修正欧几里德算法的部分并行实现装置

技术领域

本发明涉及数字信息传输领域，特别是涉及一种用于CMMB(China MobileMultimedia Broadcasting，中国移动数字多媒体广播电视)系统的修正欧几里德算法的部分并行实现装置。

背景技术

CMMB是中国国家广电总局于2006年10月颁布的中国移动多媒体广播行业标准，该标准于2006年11月1日起正式实施。它是一种基于多载波OFDM(正交频分复用)技术的无线广播系统，采用先进的信道纠错编码和多载波OFDM调制技术，提高了抗干扰能力和对移动性的支持；采用时隙发射方式来降低终端的功耗。依据CMMB网络覆盖的设想，CMMB信号由S波段卫星覆盖网络和U波段地面覆盖网络实现信号覆盖。S波段卫星覆盖网络广播信道用于直接接收，Ku波段上行，S波段下行；分发信道用于地面增补转发接收，Ku波段上行，Ku波段下行，由地面增补网络转发器转为S波段发送到CMMB终端。为实现城市人口密集区域移动多媒体广播电视信号的有效覆盖，采用U波段地面无线发射构建城市U波段地面覆盖网络。

信号的地面无线传送阶段，由于地面无线传输环境比较恶劣，会对传输信号产生复杂的信号畸变，在接收端必须采用一定的信号处理方法进行数据恢复。基于OFDM技术，CMMB系统本身可以减少信号无线传输过程中的频率选择性干扰，但是由于CMMB系统中包含传输速率较高的多电平调制方式，为了得到性能较好的传输质量，CMMB接收端需要采用相干解调方式恢复信号。相干解调方式将带来3dB的信号增益，虽然实现复杂度较之非相干解调高，但是将明显提高信号接收质量。因此，在CMMB系统中，前向纠错部分是影响系统接收性能的一个关键部分。

在CMMB系统中，针对RS(里德-索罗蒙)码的三种模式，可以采用纯串行实现方法，但是这种实现方法运行时间上很长，并不能满足某些系统的时序要求；采用全并行的实现方法，虽然运行时间比较快，但是其占用了大量的组合逻辑运算单元。因此如何在减少组合逻辑运算单元数量的同时，又能很好的满足系统时序的要求，成为了一个需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种修正欧几里德算法的部分并行实现装置，既能有效减少组合逻辑运算单元的数量，又能保证高效进行数据处理。

为解决上述技术问题，本发明的修正欧几里德算法的部分并行实现装置，包括：

初始化模块，根据伴随式的计算结果，初始化错误位置多项式和错误值多项式，使Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ(x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式，S(x)为伴随多项式，Q(x)和μ(x)分别为计算错误值多项式和计算错误位置多项式的辅助多项式；

并行运算模块，将M项所述错误位置多项式和M项错误值多项式分为4组，每组内包含N项错误位置多项式和N项错误值多项式，每个周期内同时完成N项错误位置多项式和N项错误值多项式的并行运算，四个周期完成第一次迭代运算，得到错误位置多项式和错误值多项式的最高次数项系数和控制信号，继而进行下一次的第二次迭代运算；其中，M和N均为大于1的正整数；

运算结果模块，在设定的2t×4个周期结束时，停止迭代运算，此时得到错误位置多项式和错误值多项式。

本发明的修正欧几里德算法的部分并行实现装置，另一实现方案，包括：

初始化模块，用于对错误值多项式和错误位置多项式进行初始化，使Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ(x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式，S(x)为伴随多项式，Q(x)和μ(x)分别为计算错误值多项式和计算错误位置多项式的辅助多项式；

并行运算单元，与初始化模块相连接，每个并行运算单元包括16个组合逻辑运算单元，每个并行运算单元在一个周期内完成四分之一错误值多项式和错误位置多项式的迭代运算，在4个周期内完成所有错误值多项式和错误位置多项式的一次迭代运算；在每次错误值多项式迭代运算完成后得到错误值多项式的最高次数项系数，同时一次迭代运算完成后进行移项操作，将空出的组合逻辑运算单元在下一次迭代运算时用于错误位置多项式的计算。

常规MEA(修正欧几里德算法)实现的方法存在的不足之处是：(1)全并行实现方法，使错误值多项式和错误位置多项式分开运算，占用了大量的组合逻辑运算单元；(2)纯串行实现方法运算时间太长，效率不高。

本发明通过研究MEA算法流程，提出了一种基于错误值多项式和错误位置多项式，利用同一个组合逻辑运算单元计算错误多项式和错误位置多项式的部分并行实现方法。由于计算错误值多项式和错误位置多项式的组合逻辑运算单元结构相同，利用错误值多项式左移之后空出来的组合逻辑运算单元来计算错误位置多项式，这样就不用再产生新的组合逻辑运算单元对错误位置多项式进行计算，使得组合逻辑运算单元的数量大大减少，且运算时间仍可满足系统需求；另外，采用部分并行的实现方法，又进一步减少了一部分组合逻辑运算单元。

本发明既能有效减少组合逻辑运算单元的数量，又能保证高效进行数据处理。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是基于修正欧几里德算法的CMMB系统结构图；

图2是基于修正欧几里德算法的FEC(前向纠错)模块结构图；

图3是基于修正欧几里德算法的RS模块结构图；

图4是基于修正欧几里德算法的部分并行实现结构图；

图5是基于修正欧几里德算法的部分并行实现方法的流程图；

图6是图4所示的部分并行结构中的组合逻辑运算单元结构图。

具体实施方式

为了保证接收信号的可靠性，避免在传输及解码过程当中出现错误，CMMB系统在编码时采用了RS(240,224),RS(240,192),RS(240,176)三种编码方式来增强系统本身的纠错能力。这种编码方式要增加一些冗余数据，在解码时通过这些冗余数据可以判断数据的正确性。本发明提出了一种基于修正欧几里德算法的，保证采用较少组合逻辑运算单元且高效的进行数据处理实现方式。

CMMB系统的前向纠错模块位于解码模块之后，如图1所示。对于接收到的信号经过解调、FFT(快速傅立叶变换)、解扰和解码之后，已经得到了最后的数据，为了保证这些数据的准确性，加入了最后的前向纠错模块。

如图2所示，所述前向纠错模块主要包括四个依次串接的模块，分别是解位交织(BIDN)模块、低密度奇偶校验码(LDPC)模块、解字节交织(BYDIN)模块和里德-索罗蒙(RS)解码模块。其中，低密度奇偶校验码模块和里德-索罗蒙解码模块为主要的数据纠错模块。另外两个模块，解位交织模块和解字节交织模块分别为LDPC模块和RS解码模块做好准备，数据经解位交织后送入LDPC模块进行解码，再经解字节交织后送入RS解码模块。

参见图3所示，一个完整的RS解码模块主要包括三部分，分别是伴随式计算模块、MEA(修正欧几里德算法)模块(即所述的修正欧几里德算法的部分并行实现装置)和钱氏搜索福尼计算模块。其中，伴随式计算模块用于计算伴随多项式各项系数且确定传送来的数据有无错误；数据一进入RS解码模块就要进入到缓存寄存器中进行数据缓存，缓存数据是为了保存原始数据；MEA模块用于计算得到错误值多项式和错误位置多项式；钱氏搜索可以确定出错误位置及错误个数，福尼计算则可以确定错误值；加法器，将缓存寄存器中的保存原始数据与钱氏搜索模块确定出的错误值多项式和错误位置多项式相加，得到的和输入给写回模块，将错误修正。因此，MEA模块是RS解码模块中的一个核心模块，从算法角度也是最为复杂的部分。

结合图5所示，在MEA模块中，首先是由初始化模块对错误值多项式和错误位置多项式进行初始化，Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ(x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式，S(x)为伴随多项式，Q(x)和μ(x)分别为计算错误值多项式和计算错误位置多项式的辅助多项式。以RS(240,176)为例，错误值多项式和错误位置多项式均为64项，将16项错误值多项式和错误位置多项式作为一组，共分4组由并行运算单元进行并行迭代运算，如图4所示。图4中的每个并行运算单元又包括16个如图6所示的组合逻辑运算单元，使这64项错误值多项式和计算错误位置多项式的一次迭代运算在4个周期内完成，经过2t次这样的迭代运算以后(图中每个运算单元表示一次迭代运算)，即可得到错误值多项式和错误位置多项式的各项系数。

数据进入组合逻辑运算单元后，如果错误值多项式的最高次数项系数a≠0，且Δ＝deg(R)-deg(Q)≥0，使R(x)和Q(x)相互交换，a和b相互交换(a，b分别为R和Q的最高次数项系数)，然后再进行迭代运算，计算错误值多项式和错误位置多项式；否则直接计算错误值多项式和错误位置多项式。

当迭代运算到固定周期(2t×4)时即可停止迭代运算。迭代运算完成后，对于RS(240,224)模式，得到的错误位置多项式和错误值多项式分别是8项多项式；对于RS(240,192)模式，得到的错误位置多项式和错误值多项式分别是24项多项式；对RS(240,176)模式，得到的错误位置多项式和错误值多项式分别是32项多项式。

图6为一个组合逻辑运算单元的结构图，本发明将错误位置多项式和错误值多项式的运算放在了同一个周期。在图6中，每一个组合逻辑运算单元运算完成以后，错误值多项式要左移一项，右边空出来的组合逻辑运算单元对计算错误值多项式是浪费的，利用这些空出来的组合逻辑运算单元来计算错误位置多项式，这样相当于省掉了本来应该用于计算错误位置多项式的组合逻辑运算单元，为MEA模块的设计省去大量的组合逻辑运算单元。

图6中描述了两种运算过程，分别是当Δ＝deg(R)-deg(Q)≥0，则给出交换(swap)信号，此时使R(x)和Q(x)相互交换，deg(R)和deg(Q)相互交换，进行的运算，此时deg(Q)进行加1操作；当Δ＝deg(R)-deg(Q)＜0，则直接进行运算，此时deg(R)进行加1操作。得到的计算结果用于下一次迭代计算。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种修正欧几里德算法的部分并行实现装置，其特征在于，包括：

初始化模块，根据伴随式的计算结果，初始化错误位置多项式和错误值多项式，使Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ(x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式，S(x)为伴随多项式，Q(x)和μ(x)分别为计算错误值多项式和计算错误位置多项式的辅助多项式；

并行运算模块，将M项所述错误位置多项式和M项错误值多项式分为4组，每组内包含N项错误位置多项式和N项错误值多项式，每个周期内同时完成N项错误位置多项式和N项错误值多项式的并行迭代运算，四个周期完成第一次迭代运算，得到错误位置多项式和错误值多项式的最高次数项系数和控制信号，继而进行下一次的第二次迭代运算；其中，M和N均为大于1的正整数；

运算结果模块，在设定的2t×4个周期结束时，停止迭代运算，此时得到错误位置多项式和错误值多项式。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：完成初始化后，如果错误值多项式的最高次数项系数a≠0，且Δ＝deg(R)-deg(Q)≥0，则使R(x)和Q(x)相互交换，a和b相互交换，然后再进行迭代运算，计算错误值多项式和错误位置多项式；否则直接计算错误值多项式和错误位置多项式；其中，a，b分别为R(x)和Q(x)的最高次数项系数。

3.一种修正欧几里德算法的部分并行实现装置，其特征在于，包括：

初始化模块，用于对错误值多项式和错误位置多项式进行初始化，使Q(x)＝S(x)，R(x)＝0，η(x)＝0，μ(x)＝1；其中，R(x)为错误值多项式，η(x)为错误位置多项式，S(x)为伴随多项式，Q(x)和μ(x)分别为计算错误值多项式和计算错误位置多项式的辅助多项式；

并行运算单元，与初始化模块相连接，每个并行运算单元包括16个组合逻辑运算单元，每个并行运算单元在一个周期内完成四分之一错误值多项式和错误位置多项式的迭代运算，在4个周期内完成所有错误值多项式和错误位置多项式的一次迭代运算；在每次错误值多项式迭代运算完成后得到错误值多项式的最高次数项系数，同时一次迭代运算完成后进行移项操作，将空出的组合逻辑运算单元在下一次迭代运算时用于错误位置多项式的计算。