卷積編碼及Viterbi 解碼的FPGA 實現(xiàn)及應(yīng)用

5 卷積碼譯碼--Viterbi 譯碼的FPGA 實現(xiàn)

Viterbi算法的基本實現(xiàn)方法如下：在不同時刻，按照最大似然準(zhǔn)則將網(wǎng)格圖中所有的路徑進(jìn)行比較，保留一條具有最大似然值的路徑(幸存路徑)，同時舍棄其他路徑。每個時刻進(jìn)行相同的操作，對每接收到的一段數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、比較并保存幸存路徑，最后留下的路徑就是所要求得的譯碼值。

對于卷積碼(2,1,7)，其編碼的狀態(tài)數(shù)為26,所以在譯碼時，譯碼器最多需要保留26條幸存路徑，和它所對應(yīng)的路徑度量值。由于是(2,1,7)編碼每個節(jié)點將引出兩條支路，但通過比較似然函數(shù)的累加值后，可以丟棄一半的路徑，使得留存下來的路徑總數(shù)保持不變。這樣在具體實現(xiàn)時可以開辟固定大小的存儲區(qū)，有利于硬件資源的估計。

在工程實現(xiàn)中采用迭代的方法，在每個時刻，對進(jìn)入每個狀態(tài)的所有路徑的量度值進(jìn)行比較，同時把具有最大量度值的路徑存儲下來。具體步驟如下：

(1)初始化，從時刻t = n 起，計算每個狀態(tài)的路徑和路徑度量，并存儲。

(2)在t + 1 時刻，接收新的一組數(shù)據(jù)，將當(dāng)前的路徑度量與前一時刻的度量相加，求得并保存最大度量并保存幸存路徑，刪除其余路徑(3)當(dāng)t L + n( L 為反饋深度)時重復(fù)步驟(2)，否則結(jié)束輸出結(jié)果。

由于軟判決可以對信道噪聲進(jìn)行更好的估計，因此它比硬判決有著更好的譯碼性能。因此，本文Viterbi譯碼器采用軟判決算法，同時對信號采用線性(均勻)八電平量化。其FPGA的實現(xiàn)圖如圖4所示。

6 系統(tǒng)應(yīng)用

在一般的通信系統(tǒng)中卷積編碼和Viterbi譯碼可以是連續(xù)的，但在實際系統(tǒng)的應(yīng)用中由于系統(tǒng)采用PCM分幀的模式傳送，因此卷積碼編碼和Viterbi譯碼也相應(yīng)改成按幀傳送模式。由于卷積碼的編碼是數(shù)據(jù)前后相關(guān)的一種編碼模式，在按幀發(fā)送后設(shè)編碼和解碼的初始狀態(tài)均為0,如(2,1,7)編碼舉例，從編碼的原理圖2中可以清楚的看到，在相同的信道狀態(tài)和傳輸數(shù)據(jù)一定的條件下，每一幀都將影響最后6 b 數(shù)據(jù)解碼的正確性。

為此可以有兩種解決方式：

(1)為每幀數(shù)據(jù)添加固定的6 b 數(shù)據(jù)，這種做法增加了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余;

(2)編碼端不做任何處理，影響系統(tǒng)的誤碼率。

考慮到系統(tǒng)性能，由于系統(tǒng)傳輸能力還有剩余因此采用第一種處理方法。同時加入6 b 數(shù)據(jù)全部為0,這樣不僅解決了數(shù)據(jù)誤碼率的問題同時保持了解碼初始狀態(tài)的一致性，使解碼能更好的同步，有效地提高解碼的正確性。

分幀式卷積編碼及Viterbi 解碼的FPGA 實現(xiàn)的聯(lián)合仿真如圖5所示。

分幀式傳輸對系統(tǒng)的影響如圖6所示。

7 結(jié)論

在實際通信系統(tǒng)中，通過測量比較，分幀式編解碼和連續(xù)編解碼相比，在信道傳輸中對系統(tǒng)影響不大，在某些情況下分幀式編解碼甚至?xí)?yōu)于連續(xù)編解碼。