fpga_asic-卷积码的viterbi高速译码方案

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1、投稿栏目：嵌入式与SOC——PLDCPLDFPGA应用卷积码的Viterbi高速译码方案AHigh-speedviterbi-decodingSchemeforConvolutionalCode1（1.南京师范大学分析测试中心，2.南京师范大学物理科学与技术学院）刘国锦王济211生时斌朱晓舒（1.AnalysisandTestingCenterofNanjingNormalUniversity,2.SchoolofPhysicsand12TechnologyofNanjingNormalUniversity）LIUGuo

2、-jinWANGJi-sheng摘要：本文探讨了无线通信中广泛涉及的差错控制问题，介绍了卷积码的编译码原理。提出了一种卷积码编码，及其高速Viterbi译码的实现方案，对译码的各个组成部分作了分析，并在FPGA中实现了该译码方案。仿真结果表明，在纠正能力范围内，能够正确纠错并译码，且具有高速译码的优点，达到了预期的效果，该设计方案可以非常容易地应用到很多差错控制的通信系统中。Abstract:Thispaperdiscussestheissueoferror-controlinvolvedwidelyinwireless

3、communications,andintroducesthecodingandendcodingprincipleofConvolutionalCode.AschemeofencodingofConvolutionalCodeanditshigh-speedviterbidecodingisproposed,andthecomponentsofdecodingareanalysed,thentheschemeisimplementedinFPGA.Thesimulationresultindicatesthatitca

4、ncorrecttheerrorbitsexactlywithintherangeofcapabilityerror-correcting,andithastheadvantageofhigh-speeddecoding.Prospectiveeffectisrealized.Thisdesignschemecanbeappliedeasilyinmanycommunicationsystemswitherror-control.关键词：差错控制；卷积码；Viterbi译码；寄存器交换Keywords:error-con

5、trol;ConvolutionalCode;viterbidecoding;register-exchange中图分类号：TN492文献标识码：A0引言在无线通信过程中，由于信道中噪声干扰的存在，会不可避免地造成发送端的码元经过有噪信道到达接收端后，接受的码元中发生了差错，从而影响了无线数据通信的可靠性。为了提高数据传输的可靠性，通常在发送端对数据进行差错控制编码，也称为信道编码。在GSM及CDMA移动通信系统中，信道编码方案都广泛采用卷积码。在GSM系统的全速率业务信道（TCH/FS）中，采用1/2码率的（2，1，4

6、）卷积编码。在CDMA系统中，正向信道和反向信道中分别采用（2，1，9）和（3，1，9）两种卷积编码方案，并结合块交织，进行信道的差错控制编码，以降低移动通信系统的误码率，保证数据传输的质量。卷积码的译码有两种方案，一种是寄存器交换法（RE），一种是回溯法（TB）。两种方案各有利弊，应基于不同的应用场合，合理选择译码方案。在低速通信场合，可以选择回溯法，但是在高速通信中，高数据速率必然要求有高的编译码速率。若采用回溯法，则要求回溯速率是译码输出速率的几十倍，显然如果输出速率很高，回溯速率必然更高，甚至无法实现，这时采用寄

7、存器交换法便能更好适应高速译码的需要。本文主要讨论一种（2，1，4）卷积码的编译码原理，及其高速Viterbi译码的FPGA实现，并对结果做了分析。1、卷积码的编译码原理1.1卷积码的编码原理卷积码是爱里斯（Elias）在1955年提出的，它与分组码不同。卷积码编码器把k比特信息段编成n比特的码组，这个n比特的码组不仅同当前输入的k比特信息段有关，还与前面的（N-1）个信息段有关，N称为约束长度。卷积码可以用矩阵和多项式表示，编码器可以用移位寄存器和模2加法器实现。本文所讨论的（2，1，4）卷积码，k=1，n=2，码率为

8、1/2，约束长度N=5（即存储长度m=4），多项式为G0=（23）=10011，G1=（35）=11101，图1是（2，1，4）卷积编码的结构图。图1(2,1,4)编码器结构图由编码结构图，可以得出编码输入输出码元之间的关系：Cmmm=⊕⊕iiii03−−4Cmmmm=⊕⊕⊕iiiii11−−−24其中，m为输入码元