基于FPGA的HDTV接收机Viterbi译码器实现与性能优化

本文主要探讨了HDTV接收机中Viterbi译码器的FPGA实现，该研究基于Altera公司的Quartus电路仿真环境和Maxplus II工具，以及该公司生产的APEX TM EP20K600EBC652-1XES系列FPGA芯片。FPGA平台的选择确保了设计的灵活性和高性能，适用于高清晰度数字电视（HDTV）地面广播采用的COFDM（正交频分复用）传输系统。 设计的核心是应用（2，1，6）收缩卷积码，这是一种常见的纠错编码方案，具有较高的误码率容限和相位纠错能力。在编码阶段，采用了（2，1，6）码，通过增信删余技术调整码率，实现了2/3、3/4、5/6和7/8等多种码率的选择，从而适应不同传输需求。Viterbi译码器是译码过程的关键组件，采用软判决策略，这在性能上优于硬判决译码，尽管实现稍微复杂些。 软判决Viterbi译码算法的具体步骤包括： 1. 从时间单位j=m开始，计算每条可能路径的部分路径度量。 2. 对于每个状态（例如64状态），选择具有最大度量值的部分路径并记录下来，这是基于最大似然准则，旨在找到最有可能是原始信号的路径。 在硬件实现上，设计者必须考虑FPGA资源的优化分配，包括查找表（LUTs）、触发器、布线延迟等因素，以确保译码器在有限的资源内达到高性能要求。此外，性能测试结果表明，该设计成功达到了预设的系统指标，证明了其在实际HDTV接收机顶盒中的有效性，并为后续ASIC（应用特定集成电路）设计提供了有价值的基础。 这篇文章深入研究了如何在FPGA平台上高效地实现Viterbi译码器，用于高清晰度数字电视的接收机设计，展示了软判决译码算法在克服信道噪声、提高传输效率方面的优势，以及FPGA技术在复杂信号处理中的实用性和灵活性。