基于FPGA的喷泉码编译码器设计与实现

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1、硕士学位论文基于FPGA的喷泉码编译码器设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFFOUNTAINCODEDECODERBASEDONFPGA李杰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN911.22学校代码：10213国际图书分类号：621.39密级：公开工程硕士学位论文基于FPGA的喷泉码编译码器设计与实现硕士研究生：李杰导师：王振永副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN911.

2、22U.D.C:621.39DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFFOUNTAINCODEDECODERBASEDONFPGACandidate：LiJieSupervisor：AssociateProfessorWangZhenyongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationEngineeringAffil

3、iation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在类似网络通信的高速通信过程中，传统的编译码方式和通信协议的误码率较高，往往需要大量的纠错译码才能接收到正确的信息，所带来的资源消耗也较大。这种环境下，十分需要一种高效的编码方案来满足目前的通信要求，数字喷泉码正是为了解决这一问题而被提

4、出的。本文首先介绍了数字喷泉码目前的研究状况、将来的发展变化和本课题的来源。随后针对两种常见的数字喷泉码详细分析了其编码方式，并给出了几种度分布函数的性能分析。对于数字喷泉码的两种译码算法，对比了最大似然译码算法和置信传播译码算法的性能差异，本文采用复杂度低的置信传播译码算法作为译码器的译码算法。其次，给出了基于鲁棒孤波分布的LT码编码器和BP算法的译码器的理论设计。本文针对鲁棒孤波分布中的4个主要参数：原始信息包长度、译码器允许的最大失败概率、丢包率和待优化的常数c，利用控制变量法，对于每一组参数重复进行测试，得到了满足本次

5、设计的最佳参数组合。基于此，完成了LT码编译码器的理论设计。再次，在搭载有XILINX公司所生产的Virtex-5芯片的FPGA上实现了高速率LT码的编译码器设计。首先完成了鲁棒孤波分布的概率生成，并在此基础上，完成了100个原始信息包的编译码操作，其中每个编码包中包含8比特的数据，在此基础上，将每个信息包中的数据扩展到24个比特，使得编码器的数据处理速度达到了10.24Mbps，译码器的速度达到了4.48Mbps。而后采用Chipscope和Isim等工具对实验平台的各个模块功能进行了测试，证明了编译码器设计的正确性。最后，

6、利用RS-232串口完成了LT码编译码器的功能测试。在FPGA单板上不同丢包率的模拟二元删除信道上串行传输编码包，得到了译码结果并利用Chipscope和串口调试助手等工具进行了译码性能的分析，从而验证了本论文设计的正确性。关键词：FPGA开发；数字喷泉码；LT码；鲁棒孤波分布I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInthehigh-speednetworkcommunication,theerrorrateofthetraditionalencodinganddecodingmethodandcommunicati

7、onprotocolishigh.Andalso,theresourceconsumptionisverylarge.Itoftenrequiresalotoferrorcorrectionanddecodingtoreceivethecorrectinformation.Underthesecircumstances,weurgentlyneedanefficientencodinganddecodingmethodtomeetthecurrentneeds.Digitalfountaincodesareputforward

8、tosolvethisproblem.Firstly,thispaperintroducesthecurrentresearchstatus,futuredevelopmentandsourceofthedigitalfountaincode.Theencodingmetho