【正文】 為實現(xiàn)無差錯傳輸，R所對應的SNR稱為Shannon容限。對于離散信道，Shannon編碼定理告訴我們：任意給定平穩(wěn)離散無記憶信道，都存在信道容量C，當信息傳輸速率RC時，存在信道編碼方式，當該編碼長度足夠大時，譯碼出錯概率P→0；反之，RC時，任何編碼方式都不能使P→?！癆 mathematical theory of munication”中首次提出著名的信道編碼定理，闡明了在有擾信道中實現(xiàn)可靠通信的方法，提出了著名的有擾信道編碼定理。具有自動糾正差錯功能的糾錯碼，如循環(huán)碼中的BCH碼、RS碼以及卷積碼、級聯(lián)碼、Turbo碼；此外，信道編碼從功能上也可以分為3類從原理上看，增加人為多余度的規(guī)則和方法是多種多樣的，可劃分為兩大類型：如果規(guī)則是線性的，即碼元之間的關(guān)系是線性關(guān)系，則稱這類信道編碼為線性碼，否則稱為非線性碼。用于檢測差錯的信道碼稱為檢錯碼；而可以檢測和校正差錯的信道碼稱為糾錯碼。所謂信道編碼，就是按一定得規(guī)律在待發(fā)送的信息碼中加入一些人為多作的碼元，以保證傳輸過程的可靠性。信道編碼的編碼對象是信源編碼器輸出的數(shù)字序列M，又稱信息序列。而降低誤碼率以滿足系統(tǒng)的要求通常有兩種途徑：一是降低信道(包括調(diào)制解調(diào)器、傳輸媒介)本身所引起的誤碼率；二是采用信道編碼，在數(shù)字通信系統(tǒng)中增加差錯控制設(shè)備。系統(tǒng)的設(shè)計者和用戶根據(jù)不同的應用場合對差錯率有不同的要求。在二進制傳輸系統(tǒng)中，碼元差錯率就是比特差錯率。它有以下幾種不同的定義：(1)碼元差錯率 指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯的碼元數(shù)所占的比例(平均值)，簡稱誤碼率，一般用符號pe表示。對于M進制來說，每一碼元的信息含量為logM比特，因此，如果碼元傳輸速率為rs波特，則相應的比特傳輸速率rb為rb=rslogM。這兩種傳輸速率的定義不同，但都是衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標。碼元傳輸速率又稱調(diào)制速率。1. 傳輸速率(1)碼元傳輸速率 碼元是指攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元。由此可見，信道編碼技術(shù)在數(shù)字通信中有著舉足輕重的作用，不可忽視，而一種優(yōu)秀的編碼技術(shù)往往可以帶來通信技術(shù)的變革。作為提高數(shù)字傳輸可靠性的重要技術(shù)之一，信道編碼在數(shù)字通信中得到了廣泛的應用。信道譯碼器對傳輸信息進行估計和判決，估計準則是跟據(jù)編碼準則和信道特性而定的，目的是使信道噪聲所造成的信號判決錯誤最小化。接收端包括:數(shù)字解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器。無論是那種傳輸媒體，都會引入一定的傳輸噪聲。信號經(jīng)過調(diào)制器后送入物理信道進行傳輸。比特形式的信息不適合在物理信道上傳輸，因此需要利用數(shù)字調(diào)制器將這些編碼信息比特轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)倪B續(xù)波形信號。好的差錯控制碼所生成的碼字應該是在碼字集合中，所有碼字之間的區(qū)別盡可能大，從而使通信系統(tǒng)中的無法糾正或檢測的信道錯誤盡可能少。信道編碼器的作用就是在信息序列中人為地增加一些冗余度，使其具有自動檢錯或者糾錯能力。信源 編 碼 器的作用是提高傳輸帶寬的利用率和信息傳輸?shù)男剩驗樵谛旁粗?，相鄰的符號之間存在一定的相關(guān)性，或者符號出現(xiàn)的概率具有一定的統(tǒng)計特性，利用信源編碼器可以提取符號間的相關(guān)性及其統(tǒng)計特性，在信源譯碼器中利用這些符號間的相關(guān)性以及統(tǒng)計特性，還原出信源，這樣信源編碼器可以剔除一些冗余信息，提高了每個符號所帶的信息量。進入信源編碼器的信源可以是模擬信號也可以是數(shù)字信號。下面對其中的各個組成模塊進行簡單的介紹。由于時間和本人水平有限，本論文僅對線性分組碼的一種RS碼和現(xiàn)有信道編碼方案中最好的Turbo碼編碼器進行功能性驗證。隨著無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展和個人通信的全球化，數(shù)據(jù)速率也越來越高，對信道編碼技術(shù)的要求也越來越嚴格。為了進一步提高碼字的糾錯性能和寬帶效率，又相繼提出了級聯(lián)碼及格形編碼調(diào)制(TCM)等方法。第六章 全文總結(jié)第二章 信道編碼簡介 自從1948年香農(nóng)()給出有噪信道編碼定理在有噪信道中，當信息傳送速率小于信道容量時，就存在一種編碼、解碼方法，能夠使譯碼的錯誤概率任意小，廣大通信工程師和數(shù)學家都致力于尋找糾錯能力強、編譯碼復雜度低和硬件實現(xiàn)簡單的信道糾錯編碼方法。本論文分為六部分：第一章 主要介紹信道編碼背景，設(shè)計實現(xiàn)和文章概要；第二章 介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)和信道編碼理論及其發(fā)展，簡要介紹了FPGA和仿真軟件及其語言；第三章 研究線性分組碼編碼理論和設(shè)計思想，并進行MATLAB和基于FPGA的仿真實現(xiàn)。本論文以信道編碼理論為主要研究方向，選取三種典型編碼方式線性分組碼、RS碼和Turbo碼進行功能性驗證，首先根據(jù)上述編碼理論進行編碼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繼而進行硬件仿真，所選用的仿真工具為Xilinx公司的Foundation Series ISE，設(shè)計語言選用Viewlogic公司開發(fā)的Verilog HDL。并且FPGA在設(shè)計階段，完全由用戶通過軟件進行配置和編程，不需額外地改變PCB電路板，只是在計算機上修改和更新程序，使得硬件設(shè)計工作成為軟件開發(fā)工作，縮短了系統(tǒng)設(shè)計周期，提高了實現(xiàn)的靈活性并降低了設(shè)計過程中的成本。目前主流的FPGA是基于查找表(Look Up Table，LUT)技術(shù)的，已經(jīng)遠遠超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能(如RAM、時鐘管理和DSP)的硬塊。發(fā)展迅速，應用越來越廣泛，在通信、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡、儀器、工業(yè)控制、軍事和航空航天等眾多領(lǐng)域都有涉及。信道編碼的實現(xiàn)主要可分為軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)兩種，目前主流的是通過可編程邏輯器件的硬件技術(shù)來實現(xiàn)。可以說，現(xiàn)代信息社會是離不開信道編碼技術(shù)的，而信道編碼技術(shù)的好壞決定著這個社會文明的進步速度。由于差錯控制碼主要用于實現(xiàn)信道糾錯，因此又稱為糾錯碼或信道碼。但是由于通信信道固有的噪聲和衰落特性，信號在經(jīng)過信道傳輸?shù)竭_通信接收端的過程中不可避免會受到干擾而出現(xiàn)信號失真。從第三代移動通信系統(tǒng)方案來看，普通要求提供中速或高速的數(shù)據(jù)業(yè)務，一般的數(shù)據(jù)業(yè)務信道為64kbps、144kbps、384kbps。FPGA design use the same design idea.KEY WORDS：Linear block codes, Turbo codes, RS codes, FPGA, MATLAB目 錄第一章 緒論 7 7 FPGA與信道編碼 8 8第二章 信道編碼簡介 10 10 10 12 13 FPGA簡介 15 FPGA工具簡介 18 FPGA語言(Verilog HDL)簡介 19第三章 線性分組碼編碼原理和仿真實現(xiàn) 23 23 漢明碼 23 循環(huán)碼 24 BCH碼 25 線性分組碼編碼原理 25 線性分組碼的MATLAB實現(xiàn) 27 線性分組碼的FPGA實現(xiàn) 28 31第四章 TURBO碼編碼原理和仿真實現(xiàn) 32 Turbo特點和發(fā)展現(xiàn)狀 32 Turbo碼編碼原理 33 Turbo碼的編碼結(jié)構(gòu) 33 RSC遞歸系統(tǒng)卷積碼 35 Turbo碼的交織器 36 Turbo碼的截余模塊 37 Turbo碼譯碼原理 38 Turbo碼的譯碼結(jié)構(gòu) 38 MAP算法以及LogMAP算法、MaxLogMAP算法 39 Turbo碼編碼的MATLAB實現(xiàn) 41 42 44第五章 RS碼編碼原理和仿真實現(xiàn) 45 RS碼特點 45 RS碼編碼算法 46 RS碼編碼器 47 基于乘法形式的RS編碼器 47．基于除法形式的RS編碼器 47 RS碼譯碼算法 49 RS碼編碼的MATLAB實現(xiàn) 50 RS碼編碼的FPGA實現(xiàn) 52 結(jié)論分析 54第六章 全文總結(jié) 55參考文獻 56致 謝 57畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 58第一章 緒論信息時代的來臨使得高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸成為一個重要課題。關(guān)鍵詞：線性分組碼，Turbo碼，RS碼，F(xiàn)PGA，MATLABABSTRACTChannel coding used more widely and developed rapidly, while channel coding is good or bad on the development of a number of engineering technology have an important impact，so the channel coding research has very important significance.The thesis expounded the theory of channel coding, introduced the background and its coding theory development。選取三種典型編碼方式：線性分組碼、Turbo碼和RS碼分別進行Quartus II平臺的仿真實現(xiàn)，為了檢驗仿真的正確性，在另一種仿真環(huán)境MATLAB下進行驗證。本論文從闡述信道編碼理論出發(fā)，介紹了編碼理論的背景和其發(fā)展狀況；分析了一般編碼原理和流程，并著重對線性分組碼、Turbo碼和RS碼編碼原理以及編碼器設(shè)計進行了詳細介紹。(3)分別利用MATLAB和Quartus II對同一隨機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列進行RS(10,8)碼編碼，并使得編碼結(jié)果一致。三、主要技術(shù)指標(1)分別利用MATLAB和Quartus II對同一組隨機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列進行(7,4)線性分組碼編碼，并使得編碼結(jié)果一致。(3)掌握Turbo碼編碼原理，并基于MATLAB和FPGA進行實現(xiàn)。設(shè)計論文 畢業(yè) 任務書一、題目 信道編碼的FPGA實現(xiàn)二、研究主要內(nèi)容(1)了解信道編碼理論和其發(fā)展狀況。(2)掌握線性分組碼編碼原理，并基于MATLAB和FPGA進行實現(xiàn)。(4)掌握RS碼編碼原理，并基于MATLAB和FPGA進行實現(xiàn)。(2)分別利用MATLAB和Quartus II對同一組隨機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列進行Turbo碼編碼，并使得編碼結(jié)果一致。 四、進度和要求第1周第4周 搜集相關(guān)資料、復習有關(guān)MATLAB和信道編碼知識第5周第6周 查閱資料、選定研究方向、翻譯文獻第7周第9周 學習Verilog語言并完成Quartus II軟件的下載和安裝第10周第11周 熟悉Quartus II仿真工具的操作、進行試編程第12周第14周 使用MATLAB和Quartus II完成各種編碼的仿真實驗第15周第17周 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文及答辯五、主要參考書及參考資料[1] 田耘，徐文波，：電子工業(yè)出版社， [2] 樊昌信，：國防工業(yè)出版社，[3] 張蓮，周登義，：中國鐵道出版社， [4] 劉皖，何道君，：清華大學出版社，[5] ：電子工業(yè)出版社，[6] ，[7] ：北京航空航天大學出版社，學生 ___________ 指導教師 ___________ 系主任 ___________摘 要信道編碼發(fā)展迅速，應用越來越廣泛，而信道編碼的好壞對眾多工程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展有著重要影響，所以對信道編碼的研究工作有著非常重要的意義。本文是基于FPGA的信道編碼實現(xiàn)。并盡量使MATLAB設(shè)計與FPGA設(shè)計采用相同的設(shè)計思想。 analysis of a general coding principles and processes, focusing on linear block codes, Turbo codes and RS coding principle and the detailed design of the encoder.This article is based on FPGA implementation of channel coding. Select the encoding of three typical ways: linear block codes, Turbo codes and RS codes and Simulate on Quartus II platform separately, to test the accuracy of simulation, verify under another simulation environment MATLAB. And to make MATLABamp。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，每天都在不斷涌現(xiàn)新的通信業(yè)務和信息業(yè)務，同時用戶對通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也在不斷提高。3G移動通信系統(tǒng)所提供的業(yè)務種類的多樣性、靈活性，對差錯控制編譯碼提出更高的要求。通常需要采用差錯控制碼來檢測和校正由信道失真引起的信息傳輸錯誤。最早的糾錯控制碼主要用于深空通信和衛(wèi)星通信，隨著數(shù)字蜂窩電話、數(shù)字電視以及高分辨率數(shù)字存儲設(shè)備的出現(xiàn)，信道編碼技術(shù)的應用已經(jīng)不僅僅局限于科研和軍事領(lǐng)域，而是逐漸在各種實現(xiàn)信息交流和存儲的設(shè)備中得到成功應用，與我們的生活聯(lián)系更加密切。 FPGA與信道編碼信道編碼也就是糾錯編碼，他是為了降低信息碼元的傳輸誤碼率，提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼技術(shù)。FPGA (Field Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列作為專用集成電路(ASIC)