FPGA实现(2,1,3)卷积码编译码器及Viterbi译码算法

"该文基于卷积码的编译码原理，使用VHDL语言在FPGA上实现了一个(2，1，3)卷积码编译码器，其中译码部分采用了‘截尾’Viterbi算法。设计涵盖了编码器和Viterbi译码器的实现，并通过仿真验证了设计的正确性。" 卷积码是一种线性分组码，其编码过程涉及到当前及前几期输入比特的组合，因此具有良好的错误校正能力，常被应用于通信系统中。FPGA（Field Programmable Gate Array）因其高灵活性和可重构性，成为实现此类编译码器的理想硬件平台。 在本文中，(2，1，3)卷积码表示每接收1个信息比特，编码器会产生2个编码比特，而这些输出比特与当前输入比特和前2个输入比特相关。编码器的结构主要包括输入移位寄存器、模2加法器和输出移位寄存器。输入移位寄存器存储了最近的输入比特，模2加法器根据输入和寄存器内容进行非线性操作，生成编码比特，最后输出移位寄存器则负责输出编码后的序列。 Viterbi译码算法是卷积码的一种高效解码方法，其核心思想是采用动态规划来寻找最可能的解码路径。在“截尾”Viterbi译码中，当达到一定的延迟长度后，不再考虑更早的路径，以减少计算复杂度。译码器需要计算每个时刻的支路量度，然后更新路径量度，存储最佳路径，并在判决阶段选择具有最小累积误差的路径作为解码结果。 设计中，编码器使用VHDL语言描述，采用串行输入串行输出的结构，通过编码使能信号start控制编码过程，每个时钟周期处理一个信息比特，产生一个编码比特。Viterbi译码器同样使用VHDL实现，涉及到支路量度计算、路径量度更新、路径存储和最终的判决过程。 通过仿真实验，设计者验证了所实现的(2，1，3)卷积码编译码器在FPGA上的功能正确性，证明了这种基于FPGA的硬件实现方法能够有效地处理卷积码的编码和解码任务，具有较高的实时性和可靠性，符合通信系统对高速、低延迟的要求。