使用Verilog语言完成polar码编码与SC译码仿真,并给出testbench,

时间: 2023-06-16 20:08:23 浏览: 236
以下是Verilog语言实现polar码编码的代码: ```verilog module polar_encoder(input clk, input rst, input [7:0] data_in, output reg [7:0] encoded_data); parameter N = 8; // 符号长度 parameter K = 4; // 信息位长度 parameter L = 3; // 循环次数 parameter F = 2; // 冻结位长度 reg [7:0] u [0:N-1]; reg [7:0] x [0:N-1]; reg [7:0] y [0:N-1]; integer i, j, t, m; integer bit_reverse_table[N]; always @(posedge clk) begin if (rst) begin for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin u[i] = 0; x[i] = 0; y[i] = 0; end for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin bit_reverse_table[i] = i; end for (i = 0; i < N/2; i = i + 1) begin bit_reverse_table[i] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; bit_reverse_table[N-i-1] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; bit_reverse_table[i] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; end end else begin // 构造输入信息 for (i = 0; i < K; i = i + 1) begin u[i] = data_in[i]; end // 构造冻结位 for (i = K; i < N; i = i + 1) begin u[i] = 0; end // 构造输入序列 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin x[bit_reverse_table[i]] = u[i]; end // 构造码字 for (t = 0; t < L; t = t + 1) begin m = 1 << t; for (i = 0; i < N; i = i + 2*m) begin for (j = 0; j < m; j = j + 1) begin y[i+j] = x[i+j] ^ x[i+j+m]; y[i+j+m] = x[i+j+m]; end end for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin x[i] = y[i]; end end // 构造输出码字 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin encoded_data[i] = x[bit_reverse_table[i]]; end end end endmodule ``` 以下是Verilog语言实现SC译码的代码: ```verilog module polar_sc_decoder(input clk, input rst, input [7:0] received_data, output reg [7:0] decoded_data); parameter N = 8; // 符号长度 parameter K = 4; // 信息位长度 parameter L = 3; // 循环次数 parameter F = 2; // 冻结位长度 reg [7:0] u_hat [0:N-1]; reg [7:0] u [0:N-1]; reg [7:0] x [0:N-1]; reg [7:0] y [0:N-1]; reg [7:0] llr [0:N-1]; reg [7:0] path_metric [0:2**(L+1)-1][0:N-1]; reg [7:0] path_history [0:2**(L+1)-1][0:L-1]; reg [1:0] path_index [0:L-1]; integer i, j, t, m, s; integer bit_reverse_table[N]; integer min_metric_index; integer path_index_temp; always @(posedge clk) begin if (rst) begin for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin u_hat[i] = 0; u[i] = 0; x[i] = 0; y[i] = 0; llr[i] = 0; end for (i = 0; i < 2**(L+1); i = i + 1) begin for (j = 0; j < N; j = j + 1) begin path_metric[i][j] = 0; end for (j = 0; j < L; j = j + 1) begin path_history[i][j] = 0; end end for (i = 0; i < L; i = i + 1) begin path_index[i] = 0; end for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin bit_reverse_table[i] = i; end for (i = 0; i < N/2; i = i + 1) begin bit_reverse_table[i] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; bit_reverse_table[N-i-1] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; bit_reverse_table[i] = bit_reverse_table[i] ^ bit_reverse_table[N-i-1]; end end else begin // 构造输入符号 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin u_hat[i] = received_data[i]; end // 构造输入信息 for (i = 0; i < K; i = i + 1) begin u[i] = u_hat[i]; end // 构造冻结位 for (i = K; i < N; i = i + 1) begin u[i] = 0; end // 构造输入序列 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin x[bit_reverse_table[i]] = u_hat[i]; end // 计算LLR for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin if (u_hat[i] == 1) begin llr[i] = -128; end else begin llr[i] = 128; end end // 构造码字 for (t = 0; t < L; t = t + 1) begin m = 1 << t; for (i = 0; i < N; i = i + 2*m) begin for (j = 0; j < m; j = j + 1) begin y[i+j] = x[i+j] ^ x[i+j+m]; y[i+j+m] = x[i+j+m]; end end for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin x[i] = y[i]; end end // 构造输出信息 for (i = 0; i < K; i = i + 1) begin decoded_data[i] = x[i]; end // 计算路径度量 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin path_metric[0][i] = llr[i]; end for (t = 0; t < L; t = t + 1) begin m = 1 << t; for (s = 0; s < m; s = s + 1) begin for (i = 0; i < 2**t; i = i + 1) begin for (j = 0; j < m; j = j + 1) begin path_metric[(i*(2*m))+j+s+m][i*(2*m)+j] = path_metric[(i*(2*m))+j+s][i*(2*m)+j] + path_metric[(i*(2*m))+j+s][i*(2*m)+j+m]; path_metric[(i*(2*m))+j+s][i*(2*m)+j+m] = path_metric[(i*(2*m))+j+s][i*(2*m)+j] - path_metric[(i*(2*m))+j+s][i*(2*m)+j+m]; end end end end // 选择最优路径 for (i = 0; i < 2**L; i = i + 1) begin path_metric[(2**L)+i][0] = path_metric[i*(2**(L-1))][0]; path_history[(2**L)+i][0] = i; end for (t = 1; t < L; t = t + 1) begin for (i = 0; i < 2**(L-t); i = i + 1) begin min_metric_index = 0; for (j = 0; j < 2; j = j + 1) begin if (path_metric[(i*2+j)*(2**t)][t] < path_metric[(i*2+min_metric_index)*(2**t)][t]) begin min_metric_index = j; end end path_metric[(i+2**(L-t))*(2**t)][t] = path_metric[(i*2+min_metric_index)*(2**t)][t]; for (j = 0; j < t; j = j + 1) begin path_history[(i+2**(L-t))*(2**t)][j] = path_history[(i*2+min_metric_index)*(2**t)][j]; end path_history[(i+2**(L-t))*(2**t)][t-1] = min_metric_index; end end min_metric_index = 0; for (i = 0; i < 2**L; i = i + 1) begin if (path_metric[(2**L)+i][N-1] < path_metric[(2**L)+min_metric_index][N-1]) begin min_metric_index = i; end end for (i = 0; i < L; i = i + 1) begin path_index[i] = path_history[(2**L)+min_metric_index][i]; end // 译码 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin u[i] = u_hat[i]; end for (t = L-1; t >= 0; t = t - 1) begin m = 1 << t; for (i = 0; i < 2**t; i = i + 1) begin path_index_temp = path_index[t*(2**t)+i]; for (j = 0; j < m; j = j + 1) begin u[i*(2*m)+j+path_index_temp*m] = u[i*(2*m)+j] ^ u[i*(2*m)+j+m]; u[i*(2*m)+j+m+path_index_temp*m] = u[i*(2*m)+j+m]; end end end // 构造输出序列 for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin decoded_data[i] = u[bit_reverse_table[i]]; end end end endmodule ``` 以下是Verilog语言实现polar码编码与SC译码的testbench代码: ```verilog module polar_testbench(); parameter N = 8; // 符号长度 parameter K = 4; // 信息位长度 parameter L = 3; // 循环次数 parameter F = 2; // 冻结位长度 reg clk; reg rst; reg [7:0] data_in; wire [7:0] encoded_data; wire [7:0] received_data; wire [7:0] decoded_data; integer i, j; polar_encoder encoder(clk, rst, data_in, encoded_data); polar_sc_decoder decoder(clk, rst, received_data, decoded_data); initial begin clk = 0; rst = 1; data_in = 0; #100; rst = 0; end always #10 clk = ~clk; always @(posedge clk) begin if (~rst) begin data_in = data_in + 1; end end initial begin #100; for (i = 0; i < 2**K; i = i + 1) begin data_in = i; #10; $display("data_in = %d, encoded_data = ", data_in); for (j = 0; j < N; j = j + 1) begin $write("%d ", encoded_data[j]); end $write(", received_data = "); for (j = 0; j < N; j = j + 1) begin if ($random % 2 == 0) begin received_data[j] = encoded_data[j]; end else begin received_data[j] = ~encoded_data[j]; end $write("%d ", received_data[j]); end $write(", decoded_data = "); for (j = 0; j < K; j = j + 1) begin $write("%d ", decoded_data[j]); end $display(""); end #10; $finish; end endmodule ```

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