FPGA实现的4x4交织器在Cisco ACS 5.2中的配置与Viterbi译码研究

在Cisco Secure ACS 5.2的FPGA实现中，着重探讨了4 X 4行列式交织器的结构和工作原理。该交织器由计数器、输入输出模式选择器、移位寄存器以及数据选择器构成，这些组件共同实现了数据的交错处理。移位寄存器用于存储16位数据，其中第五位作为输出缓冲，每个寄存器具备清零、移位和保持的功能，十六进制计数器则负责按照16位二进制数据组进行交织，并生成输入输出模式指示信息。 工作原理上，当输入信号还未到达时，移位寄存器处于全零状态。第一组16位数据按照列的方式（由十六进制计数器l和计数器2的输入输出模式标志位决定）被存入和移出寄存器。这种交织方式有助于提高数据传输的可靠性，特别是在高比特速率下，通过减少突发错误的影响。 与此同时，论文提到卷积码在数字通信中的重要性，尤其是相对于分组码，卷积码在码率和编码器复杂度相同时具有更好的性能。卷积码的译码方法包括代数译码和概率译码，其中概率译码如维特比算法，结合了代码的代数结构和信道的统计特性，能够有效地降低译码错误概率。 本文研究的核心是基于FPGA的卷积码编码和维特比译码器设计。作者首先介绍了基础概念，如硬判决译码和软判决译码的区别，以及交织和解交织技术在纠错码中的应用。接着，详细讨论了FPGA硬件资源，如Quartus II环境下的数字系统设计方法和规则。 在FPGA实现上，作者重点研究了维特比译码器的各个模块，包括算法优化，以及在不同条件下的仿真，如硬判决译码、软判决译码以及带有或不带交织的情况。仿真结果显示，所设计的并行Viterbi译码器满足高速数据传输的需求，误码率达到了预期设计标准，证明了译码器设计的可靠性和有效性。 这篇论文深入探讨了FPGA在卷积码特别是维特比译码中的实际应用，强调了交织技术在提高通信系统性能中的关键作用，并通过实验验证了基于FPGA实现的译码器在实际场景中的优越性能。关键词包括数字通信、卷积码、维特比算法、交织与解交织以及现场可编程门阵列（FPGA）。