【正文】 加 比 選 ................................................................................................ 28 加 比 選流程圖 .......................................................................... 30 加 比 選程序仿真 ...................................................................... 31 回溯 ....................................................................................................... 31 回溯流程圖 ................................................................................ 33 回溯仿真圖 ................................................................................ 34 Viterbi 糾錯(cuò)測(cè)試 ................................................................................... 34 本章小結(jié) ............................................................................................... 35 總結(jié) ...................................................................................................................... 36 致謝 ........................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 37 附錄 1：（ 2,1,9）卷積編碼器原程序 ................................................................ 38 附錄 2：（ 2,1,9） Viterbi 譯碼原程序 ................................................................ 40 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 52 頁(yè) 移動(dòng)通信及 NCDMA背景 人們希望 在任何時(shí)候、在任何地方、與任何人都能及 時(shí)溝通聯(lián)系、交流信息。而這就是移動(dòng)通信所為人們提供的服務(wù)。 顧名思義，移動(dòng)通信是指通信雙方至少有一方在移動(dòng)中 (或者臨時(shí)停留在一個(gè)非預(yù)定的位置上）進(jìn)行信息傳輸和交換，這包括移動(dòng)體（車(chē)輛、船舶、飛機(jī)或行人）和移動(dòng)體之間的通信，移動(dòng)體和固定點(diǎn)（固定無(wú)線電臺(tái)或有線用戶(hù)）之間的通信。 通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò) 經(jīng)過(guò)數(shù)字化的進(jìn)程后，目前主要的通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)都是數(shù)字化的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信也是如此。通常，人們把模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)（包括模擬蜂窩網(wǎng)、模擬無(wú)繩電話與模擬集群調(diào)度系統(tǒng)等）稱(chēng)作第一代移動(dòng)通信（ 1G），而把數(shù)字化的移動(dòng)通信系統(tǒng)（包括數(shù)字蜂窩網(wǎng)、數(shù)字無(wú)繩電話與移動(dòng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)等）稱(chēng)作第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 2G） [9]。 第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要包括廣泛使用的 GSM 公用移動(dòng)通信網(wǎng)和窄帶數(shù)字移動(dòng)公用網(wǎng)（ NCDMA)。 NCDMA 與 GSM 的根本區(qū)別在于采用了不同的多址技術(shù)，GSM 采用 TDMA,而 NCDMA 采 用 CDMA。采用了 CDMA 技術(shù)的移動(dòng)網(wǎng)有很多的優(yōu)越性，比如， CDMA 網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性能很強(qiáng)，瞬時(shí)發(fā)射功率比較小； CDMA 網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)可以以相同的頻率同時(shí)通信（分配的碼不同），相鄰的基站可以使用相同的頻率，頻率利用率非常高； CDMA 移動(dòng)通信網(wǎng)的容量大，通話質(zhì)量好，頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單，手機(jī)電池壽命長(zhǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多種形式的分集（時(shí)間分集、空間分集和頻率分集）和軟切換 [17]。 數(shù)字通信 概述 觀察電的信號(hào)波形，我們可以發(fā)現(xiàn)如圖 11 所示，模擬信號(hào)的波形是在自由選取電壓的同時(shí)連續(xù)變化的，而在如圖 12 中可見(jiàn)，數(shù)字信號(hào)從 高電壓或低電壓這兩個(gè)值中選擇其一。如果設(shè)高電壓為“ 1”、低電壓為“ 0”，數(shù)字信號(hào)就可以用“ 1”、“ 0”來(lái)表示。語(yǔ)言、音樂(lè)、圖像等的信號(hào)是模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)所處理的信號(hào)則是數(shù)字信號(hào)。 下面將從保密性和抗干擾能力兩方面對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行比較。 （ 1）保密性 模擬通信很容易被竊聽(tīng)。只要收到了模擬信號(hào)，就容易得到通信的內(nèi)容。而在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)經(jīng)過(guò)模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換后可以進(jìn)行加密處理，再進(jìn)行傳輸，在接收端解密后經(jīng)過(guò)數(shù) /模（ D/A）轉(zhuǎn)換還原出原始信號(hào)，其保密性好。 （ 2）抗干擾能力 模擬信號(hào)沿線路的傳輸過(guò)程 中會(huì)受到外界和通信系統(tǒng)內(nèi)部的各種噪聲干擾。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 52 頁(yè) 噪聲和信號(hào)混合后難以分開(kāi)，從而使得通信質(zhì)量下降。但是，對(duì)于數(shù)字通信，盡管數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中混入雜音，但可以利用電子電路構(gòu)成的門(mén)限電壓（稱(chēng)為閾值）去衡量輸入的信號(hào)電壓，只有達(dá)到某一電壓幅度，電路才會(huì)有輸出值，并自動(dòng)生成整齊的脈沖。較小的雜音電壓到達(dá)時(shí)，由于它低于門(mén)限電壓而被濾掉，不會(huì)引起電路動(dòng)作。因此再生信號(hào)與原始信號(hào)完全相同，除非干擾信號(hào)大于原始信號(hào)才會(huì)產(chǎn)生誤碼 [15]。 在現(xiàn)代技術(shù)的信號(hào)處理中，數(shù)字信號(hào)發(fā)揮的作用越來(lái)越大，幾 乎復(fù)雜的信號(hào)處理都離不開(kāi)數(shù)字信號(hào)。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)（稱(chēng)為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換）一般要經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程，最終變成一連串由“ 0”和“ 1”代表的脈沖數(shù)字信號(hào)。其中，抽樣就是以相等的間隔時(shí)間來(lái)抽取模擬信號(hào)的樣值，使連續(xù)的信號(hào)變成離散的信號(hào)。量化是把抽取的樣 值變換為最接近數(shù)字值，表示抽取樣值的大小。編碼則是量化的數(shù)值用一組 二進(jìn)制 的數(shù)碼來(lái)表示。 所有傳輸數(shù)字信號(hào)的數(shù)字通信系統(tǒng) 都包括信源、信源編碼、信道編碼、調(diào)制、解調(diào)、信道譯碼、信源譯碼、信宿幾個(gè)基本部分，可歸結(jié)于如圖 13 所示的模型 。 + 時(shí)間 電壓 圖 11 模擬信號(hào)波形 電壓 高 低 時(shí)間 1 0 1 1 0 1 0 0 圖 12 數(shù)字信號(hào)波形 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 52 頁(yè) 卷積編碼與譯碼的發(fā)展 本文重點(diǎn)討論的 卷積碼是 Elias 在 1955 年最早提出的，與分組碼一樣，編碼后的碼元序列 n 位分為一組，其中 k 位信息碼元， r 位附加的監(jiān)督碼元， r=nk。分組碼中的監(jiān)督碼元僅與本碼組的信息碼元有關(guān)，而與其他碼組的信息碼元無(wú)關(guān)，而卷積碼的監(jiān)督碼元不僅與本組信息碼元有關(guān)，還與前面碼組的信息碼元有約束關(guān)系。在編碼器復(fù)雜性相同的情況下，卷積碼性能優(yōu) 于分組碼。 針對(duì)卷積碼的譯碼方法有三種： Wozencraft 在 1957 年提出了一種有效譯碼方法，即序列譯碼； Massey 在 1963 年提出了一種性能稍差，但比較實(shí)用的門(mén)限譯碼方法，由于這一實(shí)用性進(jìn)展使卷積碼從理論走向?qū)嵱茫?Viterbi 在 1967 年提出了最大似然譯碼法，該方法對(duì)存儲(chǔ)器級(jí)數(shù)較小卷積碼的譯碼很容易實(shí)現(xiàn)，并具有效率高、速度快、譯碼器簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，人們后來(lái)稱(chēng)其為 Viterbi 算法或 Viterbi譯碼，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代 通信 中。 Viterbi 譯碼可通過(guò)多種平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在本 是基于 DSP 匯編 語(yǔ)言 實(shí)現(xiàn)卷積碼的 Viterbi 譯碼。 DSP 是數(shù)字信號(hào)處理的英文縮寫(xiě)，它具有精度高、靈活性大、可靠 性高、時(shí)分復(fù)用、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。在最近的 20 多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。而在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，它占著非常重要的地位，可以說(shuō)在通信系統(tǒng)中越來(lái)越多的功能部件是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。 主要研究工作 本論文所做的工作： 首先 深入學(xué)習(xí) NCDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)的信道結(jié)構(gòu)和信道編碼的原理，熟悉卷積 碼的應(yīng)用和功能特性。 鑒于卷積碼譯碼的最優(yōu)的特性和高效率確定譯碼器編碼譯碼方式 Viterbi 譯碼。 其次， 以復(fù)雜度較低的（ 2,1,3）卷積碼為例，了解卷積碼的基本理論，并初步講訴了 Viterbi 譯碼的基礎(chǔ)算法及原理，從而為理解復(fù)雜度較高的（ 2,1,9） Viterbi譯碼提供基礎(chǔ)概念。 接著 ，深入學(xué)習(xí)數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 的原理，了解 C54x 專(zhuān)為 Viterbi 譯碼算信源 信源編碼 信道編碼 調(diào)制 信道 解調(diào) 信宿 信源解碼 信道解碼 噪聲 圖 13 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 52 頁(yè) 法設(shè)計(jì)的 CSSU 單元 ,掌握用高效率的匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā) DSP。并學(xué)習(xí)運(yùn)用美國(guó)德州儀器專(zhuān)為 DSP 推出的 CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，明白用 CCS 進(jìn)行 Viterbi 譯碼的 編寫(xiě)、編譯、調(diào)試、仿真。 然后 ,對(duì)卷積碼譯碼器的實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了研究 ,提出了適于運(yùn)算的算法 ,并完成了實(shí)現(xiàn)譯碼器的軟件設(shè)計(jì)。 依次通過(guò)“初始化”、“加 比 選”、“回溯”完成 Viterbi譯碼。由于 （ 2,1,9）較為復(fù)雜，本 論 文采用“查表法”來(lái)節(jié)省時(shí)間、提高效率，從而 避免了大量繁瑣計(jì)算 ,使得譯碼簡(jiǎn)潔迅速 ,。 最后 ,用 CCS 具體實(shí)現(xiàn)了 適合 TMS320C54X DSP 運(yùn)算 的 Viterbi 算法， 用 CCS仿真結(jié)果檢驗(yàn)本論文提出的 Viterbi 譯碼的正確性，并驗(yàn)證了 Viterbi 譯碼器具有糾正隨機(jī)錯(cuò)誤的功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 52 頁(yè) CCS簡(jiǎn)介 DSP概述 DSP 也就是 Digital signal processor 數(shù)字處理器。它是伴隨著微電子學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展而產(chǎn)生的。 數(shù)字信號(hào)處理自 20 世紀(jì) 80 年代問(wèn)世以來(lái)，以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法的突出優(yōu)點(diǎn)，正以前所未有的速度向前發(fā)展。數(shù)字化是各種信息進(jìn)行有效獲取、存儲(chǔ)、處理、交換、綜合與應(yīng)用的基礎(chǔ)，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及其集成化產(chǎn)品為信號(hào)數(shù)字化處理提供了廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。隨著數(shù)字信號(hào)處理器性能的不斷提高，開(kāi)發(fā)工具的日臻完善，價(jià)格迅速下降， 使其在語(yǔ)音合成與識(shí)別、圖像處理、雷達(dá)、通信、聲吶、多媒體、高速控制、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、家用電器等眾多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用 [7]。 TI 公司的 TMS320C54X 系列是應(yīng)用于通信設(shè)備的通用 DSP 芯片。該芯片采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)，擁有優(yōu)化的 CPU、 1 條數(shù)據(jù)總線、 3 條數(shù)據(jù)總線和 4 條地址總線，因而在一個(gè)周期內(nèi)可以從 程序 存儲(chǔ)器取 1 條 指令、從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 讀 2 個(gè) 操作數(shù) 和向數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器寫(xiě) 1 個(gè) 操作數(shù)。 此系列片內(nèi)的 CSSU（比較、選擇和存儲(chǔ)單元）是為 Viterbi 譯碼而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的硬件電路，它與 ALU（算術(shù)邏輯單元）結(jié)合使用，利 用專(zhuān)用的指令 CMPS 使得碟型運(yùn)算中的相加、比較和選擇操作更加高效，這極大的提高了 Viterbi 譯碼的性能。 DSP 的主要特點(diǎn) DSP 的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以概括為以下幾點(diǎn)： (1) 哈佛結(jié)構(gòu) 總線結(jié)構(gòu)可以分為兩種。一種是馮諾依曼結(jié)構(gòu)，另一種是哈佛結(jié)構(gòu)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，程序和數(shù)據(jù)總線共享。統(tǒng)一編址依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令數(shù)據(jù)還是地址。由于對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行分別讀寫(xiě)，取指令和存取操作數(shù)必須共享內(nèi)部總線，因此微處理器在執(zhí)行指令時(shí)只能串行執(zhí)行，執(zhí)行速 度慢，數(shù)據(jù)吞吐量低。但是，隨著半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展，這一問(wèn)題基本得到解決。傳統(tǒng)的微處理器通常采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)，它已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。 哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾依曼結(jié)構(gòu)相比，更適合處理器具有高度實(shí)時(shí)要求的數(shù)字信號(hào)。哈佛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各自具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，允許區(qū)指令和執(zhí)行指令重疊執(zhí)行，允許對(duì)數(shù)據(jù)和程序同時(shí)尋址，允許直接在程序和數(shù)據(jù)之間進(jìn)行信息傳遞，減少?zèng)_突，大大提高了數(shù)據(jù)