基于FPGA的卷积编码与维特比译码研究与实现

"基于FPGA的卷积码和维特比译码的研究与实现-张增良硕士论文" 本文主要探讨了在数字通信中用于提高信号传输可靠性的关键技术——卷积码和维特比译码，并重点研究了它们在FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）上的实现。作者张增良在通信与信息系统领域完成了这篇硕士论文，指导教师为刘开华教授。 卷积码作为一种高效的纠错码，其性能在相同码率和编码器复杂度下优于分组码。论文中提到了卷积码的两种主要译码方式：代数译码和概率译码。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，如维特比算法，它是一种最大似然的译码方法，尤其适用于约束长度不太大的情况。 维特比译码器是卷积码的一种高效实现，尤其在编码约束度小于等于10或误码率要求不高的场景下，其速度和效率都很出色。论文对比了硬判决和软判决两种维特比译码方法。硬判决译码在连续9位错误时仍能正确输出，但超过此限制就会出错。而软判决译码通过8电平量化增强了纠错能力，即使在接收端无误码的情况下，也能处理更复杂的错误模式。 论文还涉及了交织和解交织技术在卷积码编码和解码过程中的应用，这些技术能进一步提升抗错误性能。FPGA作为一种可重构的硬件平台，提供了实现卷积码和维特比译码器的理想环境。作者详细介绍了FPGA硬件资源和Quartus II软件开发环境，以及如何在其中进行数字系统设计。 在FPGA上，作者实现了维特比译码器的各个模块，并对其进行了优化。通过在Quartus II平台上进行仿真，分析了不同条件（硬判决译码、软判决译码和交织效果）下的译码器性能。仿真结果表明，设计的译码器达到了预期的误码率要求，验证了其可靠性，特别适合于高速数据传输的应用。 关键词涵盖了数字通信、卷积码、维特比算法、交织与解交织技术以及FPGA，强调了这些技术在现代通信系统中的重要性。