低功耗蓝牙5.0标准物理层编码与解码的设计与实现
发布时间：2020-12-20 03:58
信道编解码作为数字信息系统一个重要的组成部分,被广泛地应用到各种通信系统的差错控制当中。在低功耗（BLE）4.2协议中,数据在物理层（PHY）的传输中并没有加入编解码操作,如果传输过程中发生误码就会影响信号的传输质量。因此为了提高数据传输的准确性,在BLE 5.0标准PHY层中加入了信道编解码模块。本文研究的主要内容就是信道中卷积码的编解码在BLE 5.0标准PHY层中对传输数据的纠错性能。Viterbi算法作为一种卷积码的最大似然译码算法,不仅译码速度更快,而且译码效率更高,因此也被认为卷积码的最佳译码算法。本文主要设计与实现（2,1,4）卷积码的编码器和Viterbi译码器。文章首先研究和分析了卷积码的基本原理和描述方法以及编解码算法的理论知识。重点研究了Viterbi的算法设计及其逻辑分析和实现。研究结果详细如下:1.针对BLE数据包较小的特点设计了一种卷积编解码的译码方法。该方法主要解决现有技术在短数据信道传输过程中,易出现噪声干扰导致传输数据出错的问题,并针对常规的Viterbi硬判决和软判决译码算法提出了以下创新点:（1）硬判决译码过程中通过在编码器输出的数据前添加控制单元...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Viterbi译码软判决流程图
（c） （d）图 3. 17 Simulink 中信源、编码、噪声、译码的参数设置二进制的信号经过 BPSK，经过调制的调相波形信号加入高斯白噪声，经过噪干扰的信号已经产生了误码，此时映射解调模块将已有的信号转换为 Viterbi 译码实现的软判决信号，由“Viterbi Decoder”模块实现对在高斯信道中被干扰的信号恢复，最后由“ErrorRateCalculation”模块计算该纠错系统的误码率，并评估软判下 Viterbi 的性能。3.3.3 软输出解映射模块的建模在高斯白噪声的环境中，信号经过了 BPSK 调制，无法送入 Viterbi 译码器直进行译码，必须经过解调和解映射，把这些高斯信道中的信号变成“ViterbiDecoder模块能够识别的软信号，再经过该模块恢复原始信号。“Viterbi Decoder”模块在进行软判决译码时，此时要求输入必须是 0-7 之间整数，因此根据第二章 2.3.2 节所述，将信号进行 Q=4，即 2(4-1)=23=8 电平量化，
图 3. 18 解映射系统模型从图 3.18 中可以看出，本仿真系统通过“Complex to Real-Imag”模块过滤的虚部，只留下实部信号，即携带真实信息的信号。去掉虚部的信号需要归，即如果转换以后信号的标准差为 0，即 =0，则输出数据为该信号的相输出信号为有用的实部信号与其标准差的比值的相反数。本节为了实现软判量化主要利用 “Uniform Encoder”模块来对数据进行 8 级 3 比特的量化归。图 3.19 是解映射系统模型参数设置图：（a）“Complex toReal-Imag”模块图；（b）Simulink 中“Uniform Encoder”模块的量化参数设置图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于FPGA的多通道复用鉴相器的设计与实现[J]. 张秀清,康亚楠,刘岩,王晓君. 电子器件. 2017(05)
[2]Homomorphic Error-Control Codes for Linear Network Coding in Packet Networks[J]. Xiaodong Han,Fei Gao. 中国通信. 2017(09)
[3]一种基于维特比解码的超高频RFID读写器解码器设计[J]. 王贺,王俊宇. 复旦学报(自然科学版). 2017(03)
[4]基于EDA技术的卷积码编码器的设计与仿真[J]. 徐佳,赵晓宇. 科技创新与应用. 2016(27)
[5]基于对数似然率的软判决维特比译码算法[J]. 郑子伟. 淮海工学院学报(自然科学版). 2016(03)
[6]现场可编程门阵列参数化多标准高吞吐率基4Viterbi译码器[J]. 夏飞,聂晶,李荣春,王文涛. 国防科技大学学报. 2016(01)
[7]应用于LTE通信系统中专用Viterbi译码器实现[J]. 黄昊. 电子技术与软件工程. 2015(22)
[8]Viterbi译码器逻辑设计及Verilog实现[J]. 向舜然. 电子制作. 2015(14)
[9]无线通信中的低功耗维特比译码器设计[J]. 朱坤顺,杨红官,樊晓华,乔树山. 计算机工程. 2014(10)
[10]AMR系统中Viterbi译码的仿真与实现[J]. 王宇翔. 电子测试. 2014(20)
硕士论文
[1]一款应用于音频播放系统中的数字音频处理器的设计与研究[D]. 侯晴.西安电子科技大学 2011
[2]维特比译码器的FPGA实现[D]. 黄高峰.成都理工大学 2010
[3]基于FPGA的Viterbi译码器设计与实现[D]. 刘虎.电子科技大学 2009
[4]Viterbi译码器的FPGA实现[D]. 薛飞.复旦大学 2008
本文编号：2927165
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Viterbi译码软判决流程图
（c） （d）图 3. 17 Simulink 中信源、编码、噪声、译码的参数设置二进制的信号经过 BPSK，经过调制的调相波形信号加入高斯白噪声，经过噪干扰的信号已经产生了误码，此时映射解调模块将已有的信号转换为 Viterbi 译码实现的软判决信号，由“Viterbi Decoder”模块实现对在高斯信道中被干扰的信号恢复，最后由“ErrorRateCalculation”模块计算该纠错系统的误码率，并评估软判下 Viterbi 的性能。3.3.3 软输出解映射模块的建模在高斯白噪声的环境中，信号经过了 BPSK 调制，无法送入 Viterbi 译码器直进行译码，必须经过解调和解映射，把这些高斯信道中的信号变成“ViterbiDecoder模块能够识别的软信号，再经过该模块恢复原始信号。“Viterbi Decoder”模块在进行软判决译码时，此时要求输入必须是 0-7 之间整数，因此根据第二章 2.3.2 节所述，将信号进行 Q=4，即 2(4-1)=23=8 电平量化，
图 3. 18 解映射系统模型从图 3.18 中可以看出，本仿真系统通过“Complex to Real-Imag”模块过滤的虚部，只留下实部信号，即携带真实信息的信号。去掉虚部的信号需要归，即如果转换以后信号的标准差为 0，即 =0，则输出数据为该信号的相输出信号为有用的实部信号与其标准差的比值的相反数。本节为了实现软判量化主要利用 “Uniform Encoder”模块来对数据进行 8 级 3 比特的量化归。图 3.19 是解映射系统模型参数设置图：（a）“Complex toReal-Imag”模块图；（b）Simulink 中“Uniform Encoder”模块的量化参数设置图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于FPGA的多通道复用鉴相器的设计与实现[J]. 张秀清,康亚楠,刘岩,王晓君. 电子器件. 2017(05)
[2]Homomorphic Error-Control Codes for Linear Network Coding in Packet Networks[J]. Xiaodong Han,Fei Gao. 中国通信. 2017(09)
[3]一种基于维特比解码的超高频RFID读写器解码器设计[J]. 王贺,王俊宇. 复旦学报(自然科学版). 2017(03)
[4]基于EDA技术的卷积码编码器的设计与仿真[J]. 徐佳,赵晓宇. 科技创新与应用. 2016(27)
[5]基于对数似然率的软判决维特比译码算法[J]. 郑子伟. 淮海工学院学报(自然科学版). 2016(03)
[6]现场可编程门阵列参数化多标准高吞吐率基4Viterbi译码器[J]. 夏飞,聂晶,李荣春,王文涛. 国防科技大学学报. 2016(01)
[7]应用于LTE通信系统中专用Viterbi译码器实现[J]. 黄昊. 电子技术与软件工程. 2015(22)
[8]Viterbi译码器逻辑设计及Verilog实现[J]. 向舜然. 电子制作. 2015(14)
[9]无线通信中的低功耗维特比译码器设计[J]. 朱坤顺,杨红官,樊晓华,乔树山. 计算机工程. 2014(10)
[10]AMR系统中Viterbi译码的仿真与实现[J]. 王宇翔. 电子测试. 2014(20)
硕士论文
[1]一款应用于音频播放系统中的数字音频处理器的设计与研究[D]. 侯晴.西安电子科技大学 2011
[2]维特比译码器的FPGA实现[D]. 黄高峰.成都理工大学 2010
[3]基于FPGA的Viterbi译码器设计与实现[D]. 刘虎.电子科技大学 2009
[4]Viterbi译码器的FPGA实现[D]. 薛飞.复旦大学 2008
本文编号：2927165
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