基于FPGA的信号差错控制研究与设计

发布时间：2017-05-05 08:06

  本文关键词：基于FPGA的信号差错控制研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的发展,通信技术越来越受到各国重视,而所有通信系统努力的首要目标则是信息准确。香农曾指出:对原始的信息做一些编码后能够提高信道传输的可靠性,这种编码的方式即称为信道编码(也被称为纠错编码)。可以这么说,当今信道的编码是在香农信道编码定理的指导下发展起来的,并且逐步趋于成熟。1993年两位法国教授Berrou、Glavieux和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima在ICC会议上发表的“Near Shannon limit error-correcting coding and decoding:Turbo codes”,提出了一种全新的编码方式——Turbo码,它巧妙地将两个简单分量码通过伪随机交织器并行级联,来构造具有伪随机特性的长码,并通过在两个软入/软出(SISO)译码器之间进行多次迭代实现了伪随机译码。仿真结果出来后,其性能远远超过了其他的编码方式,因此,Turbo码一提出就在业界引起了巨大轰动。该论文主要是完成系统处理后数据传输时的编码与译码功能,我们采用Turbo码编码方式,数据的编码,译码实现有多种方式,可以使用IP Core,使用原语实现,还可以自己通过硬件描述语言实现,该系统中我们对这些方式都有涉及,二者相结合设计时,能有效发挥FPGA潜力。因为Turbo码所使用的技术大部分都是已经成熟了的,都是其他编码技术的组合,所以,该论文首先介绍了目前常用的编码技术,特别以线性分组码为主,因为其他编码技术大部分都是线性分组码中的一个子集,以此为基础引出Turbo码。因为在Turbo码刚提出的时候,其编码结构只有一种,那就是并行级联卷积码的结构(PCCC),为了简化系统,我们就采用的是最初的编码结构。而译码算法就只介绍了结构,没有像编码一样介绍其算法和推导方式,因为译码时我们直接采用IP Core实现。论文着重介绍了并行级联卷积码(PCCC)的编码方式,该结构中每一个小模块都做了详细说明,特别是交织器,不仅仅做了设计上的说明,还用MATLAB仿真了其对Turbo码的影响,实现方式采用Verilog实现。编码方式主要采用卷积码,其编码方式与推导公式都做了详细说明。Turbo码的实现方式主要采用Verilog编码,同时也采用IP Core辅助实现,论文中列出了部分关键信号时序,通过对关键信号的掌控就能实现整个系统有条不紊的工作,该版本为第一版,主要是实现其功能,所以没有加入删余器,解码时直接使用IP Core,在FPGA配置方面,使用主动同步串行数据总线(SPI)方式固化程序,程序放在flash,掉电后不丢失,可以永久保存,调试方案则采用JTAG。在系统测试中,我们首先用MATLAB仿真整个系统,主要以1000个字符和1500个字符在相同条件下的误码个数比较。然后在系统实际运行过程中,连续运行多个数据,用示波器测试发出的数据,借此分析了影响Turbo码的几个因素。通过完整的分析与测试,事实证明该系统已经完全实现其功能,使用FPGA来实现Turbo码的编码与解码工作是非常理想的方式。目前为止,绝大部分Turbo码的研究都限制于低速率的二进制来编码,其实Turbo码远不止于此,其还可以与TCM、多进制编码等技术相结合,这些方式应用于高效调制与传输等,并且也有类似的非常接近信道容量的性能。总之,正是因为Turbo码具有非常优越的性能,全球的研究者都在努力的将其实施于应用中,不仅在移动卫星通信系统领域、还在数字音视频广播、深空通信、深空网、UMTS/3GPP、CDMA等系统有着广泛的应用。
【关键词】：差错控制 纠错码 Turbo码 FPGA
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.22;TN791
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 研究内容11-12
• 1.3 研究成果12-13
• 第2章 常用纠错技术分析13-27
• 2.1 编码技术的发展及其应用13-14
• 2.2 差错控制编码的基本原理14-16
• 2.3 现代常用编码技术16-26
• 2.3.1 线性分组码16-20
• 2.3.2 循环冗余校验码20-22
• 2.3.3 RS码22-24
• 2.3.4 turbo码24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 Turbo码的设计与仿真27-41
• 3.1 总体编译码设计框图27-28
• 3.2 编码器类型设计28-29
• 3.3 译码器类型设计29-30
• 3.4 交织器设计30-32
• 3.5 删余器的作用及设计32-33
• 3.6 卷积码33-38
• 3.6.1 卷积码基本概念33
• 3.6.2 卷积码的编码33-36
• 3.6.3 卷积码的译码36-38
• 3.6.4 MATLAB实现卷积码仿真38
• 3.7 系统纠错能力38-40
• 3.8 本章小结40-41
• 第4章 Turbo码的实现41-48
• 4.1 Turbo码编码实现41-45
• 4.1.1 关键信号时序41
• 4.1.2 交织器的FPGA实现41-43
• 4.1.3 卷积编码器的FPGA实现43-45
• 4.1.4 使用IP Core实现译码45
• 4.2 FPGA配置与调试方案45-47
• 4.2.1 FPGA配置方案45-46
• 4.2.2 FPGA调试方案46-47
• 4.2.3 FPGA优势与选型47
• 4.3 本章小结47-48
• 第5章 Turbo码译码结果48-55
• 5.1 Matlab仿真结果分析48-51
• 5.2 FPGA仿真与实际结果分析51-53
• 5.3 影响Turbo码的几个因素53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-60
• 攻读学位期间取得学术成果60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘璐;武明亮;何俊强;;基于循环冗余校验码的差错控制分析与实现[J];成都大学学报(自然科学版);2011年01期

2 杨俊春;;利用C语言实现循环冗余校验码的方法[J];空间控制技术与应用;2011年05期

3 米根锁;CRC检错码的软件实现及其在通信中的应用[J];兰州铁道学院学报;2000年03期

4 底强;苏彦兵;;二进制线性分组码盲识别问题研究[J];信息安全与通信保密;2012年08期

5 黄艳;Turbo码的迭代译码及在DS-CDMA和OFDM/CDMA中的应用[J];无线通信技术;2001年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 丁昭洋;Turbo码的性能分析和应用研究[D];四川大学;2005年

2 刘菁;卷积码和循环码识别技术研究[D];西安电子科技大学;2010年

  本文关键词：基于FPGA的信号差错控制研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：345967