本科學(xué)生畢業(yè)論文fpga卷積碼的原理與測試-文庫吧
2025-06-07 15:46 本頁面
【正文】 式傳輸或重傳，因此分組碼似乎更適合于檢測錯誤，并通過反饋重傳糾錯，而卷積碼主要應(yīng)用于前向糾錯數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中。另外，卷積碼不像分組碼有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，至今尚未找到嚴(yán)密的數(shù)學(xué)手段，把糾錯性能與碼的結(jié)構(gòu)十分有規(guī)律的聯(lián)系起來。從GSM系統(tǒng)、基于IS95的窄帶CDMA系統(tǒng)到WCDMA系統(tǒng)，卷積編碼做為一種有效的前向糾錯碼得到廣泛的應(yīng)用。但是卷積碼解碼[1]由于其算法復(fù)雜度隨約束長度的增加而指數(shù)增長，增加了在具體系統(tǒng)實現(xiàn)中的難度。本文提出了一種采用現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）[2]實現(xiàn)卷積碼解碼的實現(xiàn)方法，并應(yīng)用于WCDMA實驗系統(tǒng)中。一、 卷積碼的定義卷積碼是一種對付突發(fā)錯碼的有效編碼方法。通常記作（n,k,N）, 它將k個信息比特編為n個比特，即編碼效率為Rc=k/n，N為約束長度，也就是說該編碼器有Nk個移位寄存器，n個模2加法器，n個移位寄存器為輸出。其編碼器的結(jié)構(gòu)如圖1所示：1k1k1k1k……1k2k3kNk每次輸入k比特Nk級移存器12n……n個模2加法器編碼輸出每輸入k比特旋轉(zhuǎn)一周……圖11 (k,n,N)卷積碼編碼器但是它與分組碼不同的是編碼后的n個碼元不但與當(dāng)前段的k個信息有關(guān)，而且與前面（N1)段的信息有關(guān)，編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元為Nn個。它的糾錯能力隨著N的增加而增大，而差錯率隨著N的增加而指數(shù)下降。在編碼器復(fù)雜度相同的情況下，卷積碼的性能優(yōu)于分組碼。故在GSM、窄帶CDMA系統(tǒng)、第三代移動通信系統(tǒng)中都采用了卷積編碼作為前向糾錯碼。二、 卷積碼的描述方法描述卷積碼的方法主要有兩類：圖解表示和解析表示。（一） 圖解表示和解析表示卷積碼的圖解表示又可分為樹狀圖、網(wǎng)格圖和狀態(tài)圖3種。通常卷積碼的編碼電路可以看做一個有限狀態(tài)的線性電路，因此也可以利用狀態(tài)圖來描述編碼過程。隨著信息序列的輸入，編碼器中寄存器的狀態(tài)在上述四個狀態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，并輸出相應(yīng)的碼序列。將編碼器隨輸入而發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程用流程圖的形式來描述，即得到卷積碼的狀態(tài)圖。將狀態(tài)圖按照時間的順序展開，即得到卷積碼的格圖（又稱籬笆圖）表示。除了利用狀態(tài)圖和格圖描述卷積碼的編碼過程外，還可以利用樹圖來描述卷積碼的編碼過程，在卷積碼的序列譯碼算法中采用的就是樹圖結(jié)構(gòu)描述方法。格圖結(jié)構(gòu)主要用于對卷積碼編碼過程的分析和Viterbi譯碼。卷積碼的籬笆圖或網(wǎng)格圖，可表示出編碼器狀態(tài)轉(zhuǎn)移與時間的關(guān)系。（二） 其它表式卷積碼的描述方法也有離散卷積法，生成矩陣法，碼多項式法。三、 FPGA芯片介紹我們采用的FPGA芯片是美國Altera公司推出的FLEX系列芯片F(xiàn)LEX10K20。它具有高集成度，內(nèi)有豐富寄存器等優(yōu)點。由用戶在工作現(xiàn)場定義其邏輯功能，可降低風(fēng)險，適用于開發(fā)周期短，高性能，高集成度的各種電路設(shè)計。FLEX10K系列芯片[3]都具有以下特點：可在線重新配置；1. 快速、可預(yù)測連線延時的快速通道FastTrack連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)；2. 實現(xiàn)快速加法器和記數(shù)器的專用進(jìn)位鏈；3. 高效實現(xiàn)高速、多輸入邏輯函數(shù)的專用級聯(lián)鏈；4. 為減小開關(guān)噪聲的可編程的輸出電壓擺率控制；5. 遵守全PCI總線規(guī)定；6. 工作在PC機、SUN SPARC工作站等多種平臺的強大的Aletra MAX+PLUS軟件支持設(shè)計和自動布局、布線。我們選用的EPF10K20TC144電源電壓為5V，總管腳為144根，可用的I/O管腳有102根，邏輯單元LE共1,152個，內(nèi)部自帶的RAM為12,288 Bits，完全達(dá)到了卷積碼解碼所需要的內(nèi)部存儲器和邏輯單元的要求。四、
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