【正文】 td_logic。 architecture synth of trellis1 is signal pathIdReg : ARRAY8d。 variable state_l3 : INT2BIT。039。)。 elsif clk = 39。 end loop。 pathIdReg(current_state) = pathId(current_state)。 if free(2 downto 0) = 100 then freePathId := 2。 23 if free(6 downto 0) = 1000000 then freePathId := 6。 end loop。 selStateL2 = outState_l2。 use 。 // 在 (l 1)時刻的 4 種可能狀態(tài) selTrans: in ARRAY8b。 交織器 2 library ieee。 outState_l1(1 downto 0) := std_logic_vector(conv_unsigned(state_l1, 2))。 pathIdReg(current_state) = freePathId。 if free(5 downto 0) = 100000 then freePathId := 5。 if free(1 downto 0) = 10 then freePathId := 1。 freeBeg(pathId(i)) := 39。 free(pathId(i)) := 39。 end loop。 selStateL2 = (others = 39。039。 variable current_state : INT3BIT。 // 在 (l 1)時刻的 4 種可能狀態(tài) selTransL2: out std_logic_vector(1 downto 0) // 在 (l 2)時刻選擇過度 )。 use 。 圖 偽隨機(jī)交織器結(jié)構(gòu)圖 256 位順序地址 Wad 由計數(shù)器產(chǎn)生，作為數(shù)據(jù)寫入 RAM 的地址，計數(shù)器產(chǎn)生 Cr信號控制選擇器產(chǎn)生讀、寫數(shù)據(jù)的使能信號一，分別為 Ren 和 Wen，選擇器控制隨機(jī)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生 256 位隨機(jī)地址 Rad，并發(fā)出寫使能信號 Wen 控制數(shù)據(jù)按照順序地址 Wad寫入 RAM 中，然后當(dāng) Ren 使能時，按照隨機(jī)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生的地址 Rad 讀出數(shù)據(jù)，完成交織過程。 令交織器長度 ， 參數(shù) ， （ 相對數(shù)值 ） 由 k 的大小決定，如表 所示 ： 表 交織器參數(shù)選取 幀數(shù)據(jù)信息比特長度 1784 8 223 3568 8 223*2 7136 8 223*4 8902 8 223*5 16384 待定 接著作后面的步驟，若 s=1 到 k 可以獲得更換順序的數(shù)字 π(s)，這里 s 指的是輸入到第二個編碼器 RSC2 的第 S 位數(shù)據(jù)，而 π(s)是初始幀的比特數(shù)字。它由兩個相同的寄存器長度是 4 的 RSC 編碼器組成。 借鑒量化中的非均勻量化提高量化信噪比的思想，引入軟判決值修正函數(shù) H( )，其特性應(yīng)類似于非均勻量化中的 A 律或群律壓縮特性曲線。 SOVA 算法譯碼時，可以按正向或者反向的網(wǎng)格圖進(jìn)行。BRSOVA 比 HRSOVA 的性能要好，但是算法的復(fù)雜度要增加不少，所以實(shí)際中經(jīng)常使用的是 HRSOVA。 圖 SOVA算法的 Turbo 碼譯碼器 SOVA 算法是在 Viterbi 算法的基礎(chǔ)上，使其具有提供軟判決輸出和利用外部信息能力的一種算法。 ( | ) √ ( ( ) ) () 其中， 為每個傳輸比特的能量， 為噪聲方差， a 為信道的衰落幅度（對于無衰落的 AWGN 信道， a=1）。 SISO 譯碼模塊 由于 Turbo 碼譯碼需要采用分量譯碼器之間的軟信息的交換來提高譯碼性能，所以分量譯碼器必須能接受軟信息以及能輸出軟信息，即需要采用軟輸入軟輸出 (SISO)譯碼器。舉例來說，采用兩個碼率 R=1/2 的系統(tǒng)卷積碼時，如果不采用截余，系統(tǒng)信息位加兩個編碼器的各一個校驗(yàn)位將產(chǎn)生碼率 R=1/3的碼流。 和 是兩個獨(dú)立同分布的高斯噪聲樣值，并且它們的均值為 0，方差為 δ2= 。 偽隨機(jī)交織器的映射規(guī)則不是具體的而是隨機(jī)生成的。所以這時有必要引入刪余機(jī)制，周期性的刪除選定的比特，以減少編碼信息0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 的冗余度，提高碼率。當(dāng)分量編碼器歸零時，則不存在尾效應(yīng)。 交織器的使用是實(shí)現(xiàn) Turbo 碼近似隨機(jī)編碼的關(guān)鍵。 Turbo 碼的出現(xiàn)對信道編碼理論和技術(shù)的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，結(jié)束了長 期以來將信道截止速率作為實(shí)際容量限的歷史，從原先的基于代數(shù)的構(gòu)造和譯碼方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛诟怕实能浥袥Q譯碼方法，從之前的編碼方法之間的相對比較變成了與 Shannon 限進(jìn)行比較等等。 第 2 章 介紹 Turbo 碼編譯碼 原理以及 算法 。 由于 Turbo 碼是面向第三代移動通信的糾錯編碼，因此需要高速率的傳輸數(shù)據(jù)信息并且功率消耗要小，針對高碼率的 Turbo 碼，有相應(yīng)的譯碼方法，同時人們對如何減小譯碼的功率損耗也提出了相應(yīng)的譯碼算法 [4]。因此，如何消除 MAP 算法中的指數(shù)和乘法運(yùn)算成為簡化算法的首要任務(wù)。 Hagenauer 等利用對數(shù)似然比對存在的軟輸入 /軟輸出算法進(jìn)行分析。主要包括 MAP 類與 SOVA 類譯碼算法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自從 1993 年 Claude Berrou 教授等人提出 Turbo 碼以來，在編碼領(lǐng)域引起了轟動，研究的人越來越多，并且取得了很大的成果。 Berrou 等人使用約束長度為 5 的子碼，長度為 65536 的交織器，碼率為 1/2 的 Turbo 碼，經(jīng)過 18 次迭代譯碼之后，在 AWGN 信道上當(dāng) Eb/No 時的誤比特率 (BER) 105，達(dá)到了近 Shannon 限的性能 （ 1/2 碼率的 Shannon 限為 0dB） 。 從上世紀(jì) 40 年代末開始，人們就不斷地努力試圖找出 Shannon 所說的“好碼”。 本課題就是針對 UART 的特點(diǎn)以及 FPGA 設(shè)計具有可移植性的優(yōu)勢，提出了一種基于 FPGA 芯片的嵌入式 UART設(shè)計方法，其中主要包括狀態(tài)機(jī)的描述形式以及自頂向下的設(shè)計方法，利用硬件描述語言來編制 UART 的各個子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到 FPGA 芯片的內(nèi)部，這樣不僅能解決傳統(tǒng) UART 芯片的缺點(diǎn)而且同時也使整個系統(tǒng)變得更加具有緊湊性以及可靠性。像 825 NS8250、 NSl6550 等都是常用的 UART 芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)和 FPGA 芯片之間的通信，勢必會增加接口連線的復(fù)雜程度以及降低整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性?？梢哉f，整個信道編碼理論的研究和實(shí)際應(yīng)用，都是圍繞著這兩個問題展開的。 Turbo 碼巧妙的將卷積碼和隨機(jī)交織碼結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)編碼的思想；同時采用軟輸出迭代譯碼來逼近最大似然譯碼。特別適用于對功率要求嚴(yán)格的情形，如衛(wèi)星通信、移動通信及軍事通信中，因此 Turbo 碼是極具吸引力的信道編碼 [2]。 此外，也有很多研究員在研究 Turbo 碼迭代譯碼 。自 Turbo 碼出現(xiàn)以來這方面的研究也引起了許多學(xué)者的關(guān)注。 在實(shí)際應(yīng)用中，無論采用數(shù)字信號處理 (DSP)還是可編程門陣列 (FPGA)等其它芯片實(shí)現(xiàn)，算法中大量的指數(shù)和乘法運(yùn)算的存在都將會嚴(yán)重制約處理速度，勢必會為迭代譯碼增加延時，且不利于信息傳輸速率的提高。因此如何減少迭代次數(shù)或?qū)π畔⒎柤霸缗袥Q成為人們研究的熱點(diǎn)，針對這種 情況，人們提出了各種改進(jìn)的算法。 論文的安排 各章的內(nèi)容安排如下： 第 1 章為緒論部分，主要介紹了 Turbo 碼的產(chǎn)生背景，現(xiàn)階段國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ，以及論文內(nèi)容的安排。正是由于 Turbo 碼超乎尋常的性能，它的出現(xiàn)立即引起了編碼學(xué)界的極大轟動，圍繞 Turbo 碼的研究也成為了通信系統(tǒng)研究中的一個熱點(diǎn)。課題采編碼框圖如圖 所示。為了避免這個問題，在交織器的設(shè)計中應(yīng)該將原數(shù)據(jù)幀中的最后幾比特置換到編碼器二的輸入序列的非尾部位置。 如果 Turbo 碼不進(jìn)行刪余，則碼率為 1/3，這樣的低碼率對于深空通信場合是適合的，但是對于衛(wèi)星通信，個人移動通信等對帶寬利用率要求較高的場合，希望有更高的編碼效率。偽隨機(jī)交織器的采用使得交織后的序列隨機(jī)性增大，更加切合隨機(jī)性編碼的原理，因此偽隨機(jī)交織器是最佳交織器，模擬結(jié)果證明在交織長度較長的情況下偽隨機(jī)交織器的優(yōu)勢確實(shí)非常明顯。編碼器輸出 { ， ， }經(jīng)過加性高斯白噪聲 (AWGN)信道模型后接收到的數(shù)據(jù)流為 ={ ， }={ ， ， }， 其中 = (2 1) + ， = (2 1) + 。但又不能排斥兩個編碼器中的任何一個，于是折衷的辦法就是按一定規(guī)律輪流選用兩個編碼器的校驗(yàn)比特。 Turbo 碼的分量碼 SISO 譯碼算法總體上可以分為 SOVA 和 MAP 兩類主要算法。 ( | ) . ( | ) ( )/ () 假定被編碼后的符號比特采用 BPSK 調(diào)制，并經(jīng)過高斯信道或者衰落信道傳送，因此我們可以得到在接收端接收為 的概率見公式 ()。 圖 譯碼器結(jié)構(gòu)框圖 13 SOVA 譯碼算法 基于 SOVA 算法的 Turbo 碼譯碼器結(jié)構(gòu)如圖 所示。 ( ， ） (HRSOVA) () ( ， ） (BRSOVA) () 式 ()和 ()中的 和 分別為時刻 k幸存路徑和幸存路徑的并行路徑的第 J比特。門限 與判決可信度的統(tǒng)計特性有關(guān)，最優(yōu)的軟判決值門限應(yīng)該根據(jù)信道特性（如信噪比）的變化而變化。實(shí)際上， SOVA 譯碼器對軟判決值的估計偏差在 的整個實(shí)數(shù)域上存在，所以僅僅對超過門限的軟判決值進(jìn)行限幅處理，改進(jìn)的效果有限，這在一定程度上影響了 SOVA 算法性能的進(jìn)一步提高。 17 3 編碼器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 在新的 CCSDS 標(biāo)準(zhǔn)中，把 Turbo 碼作為一種推薦的信道糾錯碼。 交織器算法：在空間數(shù)據(jù)咨詢委員會 (CCSDS)的遙感信道編碼 (Telemetry Channel 18 Coding)建議中，對其交織器作了詳細(xì)的規(guī)定。本文采用的隨機(jī)交織器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 use 。 // 在 (l 1)時刻選中狀態(tài) stateL1: out ARRAY4d。 21 variable pathId : ARRAY8d。 begin if rst = 39。)。 for j in 0 to TREL1_LEN 1 loop reg(j * 8 + i) = 0。 pathId(i) := pathIdReg(pastState(i))。 then reg(pathId(current_state))=conv_integer(unsigned(std_logic_vector(conv_unsigned(current_state, 3))))。 end if。 end if。039。 state_l1:=reg((TREL1_LEN1)*8+pathId(conv_integer(unsign