FPGA实现的卷积编码与维特比译码研究

"基于FPGA的卷积编码和维特比译码的研究与实现" 本文主要探讨了在FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台上实现卷积编码和维特比译码的方法，这对于理解数字通信系统中的错误控制技术至关重要。卷积码作为一种高效的纠错码，具有优良的性能，尤其在码率和编码复杂度相同时，相比于分组码，其抗干扰能力更强。 卷积码的解码策略主要包括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，能够更有效地减少译码错误。其中，维特比译码算法是最著名的一种最大似然概率译码方法，尤其适合处理约束长度不太大的情况，且误码率要求不高的应用。当编码约束度不超过10或误码率需求在10^-5左右时，维特比算法表现出高效和快速的特性。 在实际应用中，卷积码广泛用于数据传输系统，特别是在卫星通信和移动通信领域。本文作者张增良在导师刘开华的指导下，深入研究了卷积码和维特比译码的理论基础，并探讨了如何在FPGA上实现这一过程。此外，还引入了交织和解交织技术，以增强编码解码的抗错误能力。 文中详细介绍了FPGA硬件资源，如查找表（LUT）、触发器（FF）等，以及使用Altera公司的Quartus II软件进行设计和仿真。Quartus II是一个综合的FPGA设计工具，提供了数字系统设计所需的完整流程，包括逻辑综合、布局布线等。 在设计过程中，作者针对维特比译码器的各个模块进行了实现和优化，包括路径记忆、分支度量计算等关键步骤。通过Quartus II平台，对硬判决译码和软判决译码进行了仿真，并对比分析了交织和非交织情况下的系统性能。仿真结果显示，所设计的FPGA并行维特比译码器能满足预期的误码率要求，证明了其在高速数据传输场景中的可行性。 关键词涵盖了数字通信的基本概念，卷积码的理论，维特比译码算法的细节，以及交织和解交织技术的应用，以及FPGA作为实现这些技术的关键硬件平台。这篇硕士论文为理解和实现基于FPGA的卷积码和维特比译码系统提供了一套全面的研究框架和实践指南。