FPGA实现的卷积码与Viterbi译码器设计

"基于FPGA的卷积编码和维特比译码的研究与实现" 这篇硕士学位论文主要探讨了在数字通信领域中，如何通过FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）实现卷积码的编码和维特比译码。作者张增良在导师刘开华的指导下，研究了卷积码的理论基础、维特比译码算法以及这两种技术在FPGA上的具体实现。 卷积码是一种常用的纠错码，其在码率和编码器复杂度相同的情况下，通常表现出比分组码更好的性能。在卷积码的译码方式中，代数译码依赖于码的代数结构，而概率译码则结合了信道的统计特性，能更有效地减少译码错误。其中，维特比算法是基于最大似然原则的一种概率译码方法，尤其适用于约束长度不太大的情况，具有高效、快速和实现简单的优点。 论文中提到了硬判决和软判决两种译码方式。硬判决译码器在接收信号后直接做出“0”或“1”的判断，而软判决译码器则考虑了信号强度信息，提供更精确的判决依据。论文对比了这两种方法，指出在特定条件下，硬判决译码器也能达到满意的效果。 交织和解交织技术是用于增强卷积码抗错误能力的重要手段。通过交织，可以打乱原始数据的顺序，使得突发错误分散，从而提高纠错效果。论文详细阐述了交织技术的应用及其在FPGA实现中的考虑。 在FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus II上，作者进行了卷积码编解码器的设计和优化。通过模块化设计，实现了维特比译码器的各个部分，包括路径记忆单元（Path Memory Unit，PMU）、累积和计算单元（Accumulate and Compare Unit，ACSU）、状态记忆单元（State Memory Unit，SMU）以及信息位输出单元（Information Element Output Unit，IEOU）。在FPGA上，这些模块可以并行工作，提高了译码速度，适应了高速数据传输的需求。 论文通过仿真实验，对比了硬判决译码、软判决译码以及交织和非交织情况下的性能，结果显示系统的误码率达到了预期设计要求，验证了所设计FPGA实现的卷积码维特比译码器的可靠性和适用性。 关键词涉及到的主要概念包括：数字通信、卷积码、维特比算法、交织和解交织以及FPGA。这表明论文深入研究了这些技术，并成功地将理论应用于实践，为高速数据通信提供了实际可行的解决方案。