FPGA实现卷积码高速Viterbi译码技术

"本文主要探讨了卷积码的编译码原理，并提出了一种基于FPGA的高速Viterbi译码实现方案。该方案详细分析了译码过程的各个组件，并在FPGA中进行了实际实现。仿真结果证明，该方案在纠错能力范围内能有效纠错并进行高速译码，适用于多种通信系统的差错控制。" 卷积码是一种广泛应用于无线通信中的错误控制编码方式，其编码原理基于线性反馈移位寄存器，通过将信息位与已编码的前几位进行异或运算生成新的编码位。这种编码方式能够增加数据的冗余度，从而提高在信道传输过程中的抗干扰能力。 Viterbi译码是卷积码的一种最优化译码算法，它基于最大后验概率（MAP）准则，通过比较所有可能的路径，选择最有可能产生当前接收序列的路径作为解码结果。在高速通信系统中，Viterbi译码器的设计至关重要，因为它直接影响着系统的整体性能和速度。 本文提出的高速Viterbi译码方案主要包含以下几个关键部分： 1. **路径指标计算**：这是Viterbi译码的核心，计算每个状态到当前时刻的累计距离（也称为累积误差或路径增益），通常使用Add-Compare-Select（ACS）结构来完成。 2. **存储单元**：包括生存路径存储器（Survivor Memory）和路径记忆（Path Memory），用于保存最优路径和候选路径的信息。 3. **状态转移**：根据卷积码的生成多项式，确定从一个状态转移到另一个状态的规则。 4. **回溯**：在每个时钟周期结束时，根据当前的最佳路径，更新生存路径存储器的内容，以便于下个时钟周期的计算。 5. **输出解码**：最后，根据生存路径存储器的内容，确定出信息序列的解码结果。 在FPGA中实现高速Viterbi译码方案，利用其并行处理能力，可以大大提高译码速度。FPGA的可编程逻辑资源可以灵活配置，适应各种不同的卷积码参数和系统需求。通过精心设计硬件逻辑，可以实现并行计算路径指标，减少延迟，同时保持较低的功耗。 通过仿真验证，该FPGA实现的Viterbi译码方案在错误纠正能力范围内表现出色，能够在保证正确纠错的同时，提供高速的解码性能。因此，这种设计方案对于需要高效错误控制的通信系统，如卫星通信、无线网络和移动通信等，具有很高的实用价值和推广潜力。