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维特比译码器的FPGA实现

作　者: 黄高峰
导　师: 郭亚莎
学　校: 成都理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 卷积码维特比度量幸存路径回溯
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着通信技术和信息技术的发展,人们对信息传输的可靠性以及有效性的要求越来越高。作为数字通信系统的一个重要组成部分,信道编码为保证通信的可靠性发挥着举足轻重的作用,被广泛地应用于数字通信系统的抗干扰和差错控制之中。信道编码分为分组码和卷积码两大类。卷积码由于其良好的性能更是广泛应用于无线通信系统和卫星通信系统中。维特比译码算法是一种卷积码的最大似然译码算法,它具有译码效率高、速度快等优点,被认为是卷积码的最佳译码算法,卷积码和维特比译码被大量用于通信系统的前向纠错中。因此,设计一个高性能的卷积码译码器具有重要的现实意义,微电子技术和可编程逻辑技术的发展为维特比译码器的实现提供了契机。本文的主要内容是实现约束长度为9,码率为1/2的维特比译码器。本文首先介绍了卷积码的基本原理和描述方式,接着阐述了维特比算法的原理和影响维特比译码性能的关键因素。然后着重介绍了维特比译码器的各个模块的各种算法,以及本设计中采用的方法,详细如下:1.在分支度量模块中,对输入数据采用了三比特八电平量化的软判决方式,对欧氏距离的计算方法进行了简化,以便于用硬件电路方式实现。2.在加-比-选模块中,对加比选的串行方式、并行方式和串并结合这三种实现方式的优缺点进行了比较,最终选择串并结合的方式,该方式在满足译码速度的同时,节约了硬件资源。3.在路径度量存储单元中,采用了乒乓方式,该方式方法直观,控制电路比较简单。4.在幸存路径储存单元中,采用了回溯译码方式。回溯译码方式与传统的寄存器交换译码方式相比,不仅减少了寄存器的使用,而且大大降低了设计的复杂度。最后,在对维特比译码算法进行研究的基础上,采用Verilog hdl语言在Altera公司的Quartus II集成开发环境下完成了维特比译码器的设计。为了验证设计的正确性,在本文中还设计了对应的仿真平台,并采用业界流行的Modelsim仿真工具对所设计的译码器进行了仿真验证。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章引言  9-12
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 Viterbi 译码器的研究现状与发展趋势  10
  1.3 本文研究的主要内容与结构安排  10-12
第2章卷积码原理  12-19
  2.1 卷积码编码简介  12-13
  2.2 卷积码编码描述方法  13-17
    2.2.1 卷积码的树图描述  14-15
    2.2.2 卷积码的状态图描述  15-16
    2.2.3 卷积码的网格图描述  16-17
  2.3 卷积码的译码  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章 VITERBI 译码算法  19-29
  3.1 VITERBI 译码算法的基本原理  19-20
  3.2 VITERBI 译码过程  20-26
  3.3 VITERBI 译码性能的影响因素  26-28
    3.3.1 码率对译码性能的影响  26
    3.3.2 约束长度对译码性能的影响  26-27
    3.3.3 判决方式对译码性能的影响  27
    3.3.4 回溯深度对译码性能的影响  27-28
  3.4 维特比译码器的实现  28
  3.5 本章小结  28-29
第4章 VITERBI 译码器的结构  29-42
  4.1 VITERBI 译码器的基本结构  29
  4.2 分支度量生成单元  29-32
    4.2.1 硬判决与软判决  30
    4.2.2 分支度量的计算  30-32
  4.3 加比选单元  32-36
    4.3.1 加比选结构  32-34
    4.3.2 溢出的处理  34-35
    4.3.3 加比选的实现方式  35-36
  4.4 路径度量存储单元  36-39
    4.4.1 乒乓方式  36-37
    4.4.2 原位更新方式  37-39
  4.5 幸存路径存储单元  39-41
    4.5.1 寄存器交换法  39-40
    4.5.2 回溯法  40-41
  4.6 本章小结  41-42
第5章（2,1,8）卷积码VITERBI 译码器的设计  42-59
  5.1 开发环境和工具介绍  42-45
    5.1.1 设计环境及流程介绍  42-44
    5.1.2 仿真环境  44
    5.1.3 Verilog HDL 简介  44
    5.1.4 FPGA 器件介绍  44-45
  5.2 卷积码编码器设计  45-46
  5.3 维特比译码器的设计  46-57
    5.3.1 Viterbi 译码器的系统框图  46-47
    5.3.2 控制模块  47-48
    5.3.3 分支度量生成单元  48-50
    5.3.4 加比选单元  50-55
    5.3.4 存储单元  55-56
    5.3.5 回溯单元  56-57
  5.4 译码器的仿真  57-58
  5.5 本章小结  58-59
总结与展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士期间取得的主要成果  64

维特比译码器的FPGA实现

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