Viterbi译码器研究目的意义及现状
可配置的Viterbi译码器的FPGA实现的开题报告
可配置的Viterbi译码器的FPGA实现的开题报告一、选题背景及意义随着通信技术的不断进步，数字通信技术在现代通信系统中占有越来越重要的地位。
Error-Correcting Codes是数字通信系统中广泛使用的技术之一，它能够在数据传输过程中发现和纠正错误，从而保证传输数据的可靠性。
Viterbi译码器是一种常用的Error-Correcting Codes解码器，它是由Andrew Viterbi于1967年提出的。
Viterbi译码器主要应用于数字通信、数据存储、卫星通信和数字广播等领域。
数字通信技术的迅速发展和应用推动了Viterbi译码器技术的不断完善和优化。
通过FPGA实现可配置的Viterbi译码器，能够在数码通信领域中发挥重要的作用，进一步提高传输的可靠性和传输速度。
二、相关研究现状现有的Viterbi译码器研究主要集中在理论算法和软件实现方面。
其中，Viterbi算法的研究涵盖了多种变化和改进，包括硬判决Viterbi解码器和软判决Viterbi解码器，以及不同的度量距离和状态迁移机制。
另外，还有一些研究对Viterbi译码器进行了不同水平的优化和改进，如采用并行算法和硬件实现等。
由于FPGA优秀的可编程性和高速性能，FPGA实现的Viterbi译码器成为近年来的研究热点之一。
三、研究内容和方法本课题主要研究可配置的Viterbi译码器的FPGA实现。
在实现过程中，主要包括以下几个方面：（1）研究Viterbi算法的基本原理以及主要思路；（2）确定FPGA实现的Viterbi译码器的框架，并设计相应的硬件电路；（3）通过Verilog HDL语言编写代码，实现硬件设计；（4）对设计代码进行仿真和测试，验证设计的正确性和实现的效果。
四、预期成果预期的成果为成功实现可配置的Viterbi译码器的FPGA实现，并在FPGA平台上进行验证。
实现的Viterbi译码器可以适应不同的码率和约束长度，并能够提供高速度和高处理能力。
卷积码的编码及解码Viterbi解码Word版
卷积码的编码及解码（Viterbi 解码）一、实验目的1、了解卷积码的基本原理；2、掌握卷积码编码的电路设计方法；2、掌握卷积码 Viterbi 译码的基本方法和电路设计方法。
二、实验仪器1、移动通信实验箱一台；2、台式计算机一台；三、实验原理1.卷积码编码原理卷积码是一个有限记忆系统，它也将信息序列切割成长度 k的一个个分组，与分组码不同的是在某一分组编码时，不仅参看本时刻的分组而且参看本时刻以前的 L 个分组。
我们把 L＋1 称为约束长度。
2.卷积码的译码算法（硬判决 Viterbi 译码）Viterbi译码算法是一种最大似然算法，它不是在网络图上依次比较所有可能的路径，而是接收一段，计算，比较一段，保留最有可能的路径，从而达到整个码序列是一个最大似然序列。
Viterbi解码算法的基本步骤如下：1、从某一时间单位j＝m开始，对进入每一状态的所有长为j段分支的部分路径，计算部分路径度量。
对每一状态，挑选并存储一条有最大度量的部分路径及其部分度量，称此部分路径为留选（幸存）路径。
2、j增加1，把此时刻进入每一状态的所有分支度量，和同这些分支相连的前一时刻的留选路径的度量相加，得到了此时刻进入每一状态的留选路径，加以存储并删去其他所有的路径。
因此留选路径延长了一个分支。
3、若j<L+m，则重复以上步骤，否则停止，译码器得到了有最大路径度量的路径。
上面的过程可以简单的总结为“加、比、选”（也称ACS）。
四、实验步骤1、将实验箱和计算机通过串行口连接好，为实验箱上电。
2、将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。
在“实验选择”栏中选择“卷积码”实验，点击确认键。
从而进入此实验界面。
3、在实验界面上点“生成数据”，让系统生成待编码的随机比特。
也可在界面上直接双击所显示的 bit，修改其值。
4、在界面上点击下发“原始数据”，该数据将被送入单片机（或 CPLD）进行卷积编码然后经过编码的数据被送回学生平台并显示在“编码数据”栏。
Viterbi译码器回溯算法实现研究
ｆ ｃ ｏ ｌ ｌＥｅｔ ｎｃＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｏ ｔｅ ｃｒｎｃＴ ｃ ｎ ｌ ｙ ＮＵ Ｎａｊｎ １０ ４ Ｃ ｉａ） ｈ ｏ ｏ ｌ ｒ ｉ ｎ ｉｅｒ ｐｏ ｌ ｔ ｉ ｅｈ ｏｏ ， Ｓ Ｓ ｃｏ ｎ ｅ ｏ ｇ ｎｉｇ２ ０ ９ ， ｈｎ
这种 方式概念简单，译码延时短（ 以为回溯深度值 ，但 可 由于其在硬件实现上连线复杂度高 ， 硬件资源耗费大（ 主要是 因为寄存器位数较宽１ ，因此在实际实现 Ｖｉ ｒｉ ｔ ｂ 译码器时常 ｅ 不被采用。另外一种方式是 Ｒ ｄ ｒ 出的 回溯译码方式 ，这 ｕｅ提 ， 种方式利用硬件存储器对状态转移标志矢量进行存储 ，有效 地 降低 了硬件实现上 的连线复 杂度 ，因而在 当前 Ｖｉ ｒ ｉ ｔ ｂ 译 ｅ 码器 的设计 巾得 到了广泛 应用 ，但是其与寄存器交换法相 比
Ｖ ｔｒｉ ｉ ｂ 译码 器回溯算法 实现研 究 ｅ
王建新 于贵智
２０９） １０４ （ 南京理工大学电光学院 南京
摘 要 ：该文介绍了两种 Ｖｉ ｒ ｉ ｔ ｂ 译码器 回溯 译码 算法，通过对这两种算 法硬件 实现 结构上的优 化，给出了这两种 ｅ
算法的 Ｆ ＧＡ实现方法 ，比较 了两种实现方法的优缺点 。最后将其应用在实际的 Ｖｉ ｒｉ Ｐ ｔ ｂ 译码器设计上 ，验证了算 ｅ
ｂ ｔ ｅ ｈ ｗｏ ｒ ａ ｉａ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｓｇ ｖ ｎ． ｎ ｌ ， ｈ ｗｏ ｒ ａ ｉａ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｒ ｐ ｌ ｄ ｔ ｔ ｒ ｅ ｏ ｅ ， ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｌ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ｉ ｉｅ Ｆｉ ａ ｙ ｔ ｅ ｔ ｅ ｌ ｔｏ ｔ ｏ ｓ ａ ｅ ａ ｐ ｉ ｏ Ｖｉｅ ｂｉ ｃ ｄ ｒ ｚ ｌ ｚ ｅ ｄ ａ ｄ ｂ ｔ ｉ ｌ ｔｏ ｎ ａ ｄｗａ ｅ ｔ ｓ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｔｏ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｒ ｃ ． ｎ ｏ ｈ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｈ ｒ ｒ ｅ ｔｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｒ ｓ ｎ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｉｎ ｍ ｔ ｏ ｓ ａ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔ
关于基于Xilinx FPGA 的高速Viterbi回溯译码器的性能分析和应用介绍
关于基于Xi1inXFPGA的高速Viterbi回溯译码器的性能分析和应用介绍新一代移动通信系统目前主要采用多载波传输技术，基带传输速率较3G有很大提高，一般要求业务速率能达到30Mb/s以上。
约束长度卷积码以及Viterbi 译码器由于其性能和实现的优点，在新一代通信系统中仍然占有一席之地。
这就要求进一步提高Viterbi译码器的译码速率，同时优化Viterbi设计以减少由速率提高和约束长度的增加带来的硬件实现复杂度。
1Viterbi译码器基本结构Viterbi译码器主要由分支度量计算(BMU),度量累积存贮(PathMetric),度量比较判断(ACS)以及回溯译码(TraceBack)4个模块组成[1],如图1所示。
本文优化主要针对约束长度为9的1/2卷积码，生成多项式为561(oct),753(oct)。
BMU(BranchMetricUnit)模块计算接收的2个软信息与4种可能的编码输出的欧式距离，作为分支度量送入ACS模块。
ACS(Add_Compare_Se1ect)模块根据编码方式和状态转移将分支度量和256状态的度量分别进行累积相加，得到进入下一时刻的新度量，然后比较到达下一时刻同一状态的2种度量大小，选择小的度量，同时生成各状态的幸存比特输出。
TraceBack回溯模块由ACS生成的当前时刻的判决比特回溯1个时刻(1为回溯深度)，得到1时刻前的状态和译码输出。
图1VitCrbi译码器的组成结上；—：2Xi1inxVirtexII的结构和功能VirtexII是Xi1inx公司的高性能系列FPGA o最高规模能达到8000000门,内部时钟高达400MHz0存贮单元具有高达到3M容量的真正双端口B1OCkRamo 运算单元中包括最多168b 的专用乘法器。
VirtexII 中的可配置单元为C1B(Configurab1e1og ic B1occks)。
C1B 中的资源可以灵活配置成多种结构。
高速VITERBI译码器的优化和实现
摘要：大约束度卷积码作为信道纠错编码在通信中得到了广泛的应用，而其相应的Viterbi 译码器硬件复杂度大，限制了译码速度。
分析了Viterbi译码器的结构，优化了各模块，合理地组织了存储器结构，简化了接口电路。
用FPGA实现Viterbi译码器，提高了译码器速度。
关键词：卷积码Viterbi译码ACS路径度量存储FPGA实现Viterbi算法是一种基于最大后验概率的卷积译码算法，应用广泛。
CDMA的IS-95标准和WCDMA3GPP标准将卷积码作为高速实时数据传输的信道纠错编码，使Viterbi译码器成为移动通信系统的重要组成部分。
为保证纠错性能，卷积码结束度一般选择比较大的，在3GPP中规定约束度K=9。
出于实时性的考虑，移动通信系统中对译码时延的要求比较高，需要高速译码器的支持。
可是Viterbi译码算法的复杂度、所需存储器容量与结束长度成指数增长关系，成为限制译码器速度的瓶颈。
Viterbi译码器每解码一位信息位就需对2k-1个寄存器的状态进行路径度量，并对相应的存储单元进行读写。
这种情况下，可以采用状态路径存储单元分块的方法，以提高其译码性能，缺点是ACS单元与存储器之间的接口电路十分复杂，不易实现。
本文分析和优化了Viterbi译码器的结构，提出了一种FPGA实现方案，简化了接口电路，提高了速度。
用这种结构实现的单片集成译码器译码速率达350kbps、时钟频率30MHz。
以下先分析译碱器总体结构，然后对各模块设计和实现做详细说明。
1算法简述及译码器结构本文采用3GPP标准规定的K=9，码率r=1/2的(753,561)卷积码，卷积编码器送出的码序列C，经过信道传输后送入译码器的序列为R。
译码器根据接受序列R，按最大似然准则力图找出正确的原始码序列。
Viterbi译码过程可用状态图表示，图1表示2个状态的状态转移图。
Sj,t和Sj+N/2,t 表示t时刻的两个状态。
在t+1时刻，这两个状态值根据路径为0或者1，转移到状态S2j+1和S2j+1,t+1。
viterbi译码器通讯原理
viterbi译码器通讯原理Viterbi译码器通信原理引言：在通信系统中，译码器是一种重要的设备，用于将接收到的信号转换为原始信息。
其中，Viterbi译码器是一种常用的译码器，其基本原理是使用Viterbi算法来实现最大似然译码。
本文将介绍Viterbi 译码器的通信原理及其工作过程。
一、Viterbi译码器的基本原理1.1 译码器的作用译码器在通信系统中扮演着重要的角色，其主要作用是将接收到的信号转换为原始信息。
在数字通信系统中，译码器通常用于纠正或解决信道中产生的误码问题。
1.2 Viterbi译码器的优势Viterbi译码器是一种基于状态转移的译码器，相比于其他传统译码器，具有以下优势：- 具有较高的译码性能：Viterbi译码器能够有效地纠正信道中的错误，提高译码性能。
- 具有较低的复杂度：Viterbi译码器的算法相对简单，可以较快地进行译码操作。
- 可以应用于多种通信系统：Viterbi译码器适用于不同类型的通信系统，包括无线通信、卫星通信等。
二、Viterbi译码器的工作原理2.1 状态转移图Viterbi译码器的工作原理基于状态转移图。
状态转移图是一种表示状态和状态转移关系的图形模型，其中每个状态代表译码器的一个内部状态，状态之间的转移表示译码器的状态迁移过程。
2.2 序列似然度计算在Viterbi译码器中，首先需要计算接收到的信号序列与每个可能的码字之间的似然度。
利用接收到的信号和码字的对应关系，可以计算得到每个码字的似然度。
2.3 动态规划过程Viterbi译码器使用动态规划的方法来选择最优的译码路径。
动态规划的基本思想是将问题分解为子问题，并利用子问题的最优解来求解原问题的最优解。
在Viterbi译码器中，通过比较不同状态的路径似然度，选择具有最大似然度的路径，即为最优路径。
通过递归地比较不同状态的路径似然度，可以得到整个信号序列的最优译码路径。
2.4 回溯路径在Viterbi译码器中，回溯路径是译码器输出的信号序列。
可编程Viterbi译码器设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ Ｖｉ ｔ ｅ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ
码 器 整 体 结 构 图如 图 １所 示 。
２ ９
基金项目 ： 国 家 自然科 学 基 金 重 点 项 目（ ６ １ １ ３ ６ ０ ０ ２）
《 电子 技 术 应 用 》 ２ ０ １ ４ 年 第４ ０ 卷 第３ 期
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃｉ ｒ ｃｕ ｉ ｔ ｓ
是 Ｐ ＭＵ 与 Ａ Ｃ Ｓ单 元 的接 口部 分 ， 它 与 前 者 的作 用 刚 好 相 反 ，它 是 将 Ｐ ＭＵ 中 取 来 的 ４路 路 径 度 量 信 息 转 换 成 ４
路 并行 的路径 度量值 ， 然 后送人 到 Ａ Ｃ Ｓ Ｕ进行运 算 。
１ ． ４ 幸 存 路 径 度 量 存 储 管 理 单 元
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ（ ２， １ ， ７ ）ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ ｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ａ Ｓ Ｉ Ｃ ．Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗ ｏ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ
ｍａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｉ ａ ｌ ａ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｍｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ
卷积码Viterbi译码的优化与实现
第３ ９卷 第 ３ （ 期 总第 １３期 ） ５
２１ ０ ０年 ９月
火 控 雷 达 技 术
Ｆ ｒ ｎｒ ｌＲａ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ Ｃｏ ｔ ｄ ｒ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｏ
Ｖ １３ ｏ３ Ｓｒ ｓ ５ ） ｏ．９Ｎ ． （ｅｉ ３ ｅ１
Ｓｐ ００ ｅ ．２ １
其 中 ６个 Ｄ触 发器 称 为编 码 寄存 器 ， 因此 该卷
位编码输出， 编码输 出不仅与当前 时刻输入信息有 关， 还与本 时刻 以前 的 Ｌ＝ｍ ＋１个 分 组 有 关 ， Ｌ称 为 约束长度 ， Ｒ＝ｋ ｎ称 为 编码效 率 。一种 在卫 星通 ／
信 中得 到广 泛应 用 的 （ ， ， ） 积 码 的编 码示 意 图 ２ １６ 卷
卷 积码 Ｖｔ ｂ 译 码 的优 化 与 实 现 ｉ ｒｉ ｅ
皋 浦 汪彦 彦
（ 西安 电子 工程研 究所 西安 ７００ ） １ １ ０
【 摘要】 给出了一种（ ， ，） ２ １６ 卷积码 Ｖｔｂ 译码器的 Ｆ Ｇ ｉｒｉ ｅ Ｐ Ａ设计 方案 ， 重点对加 比选单元进行 了优
化 ， 用预计 算和 查表技 术 来 实现 加 比选 单元 ， 采 以替 代传 统 的加 比 选 结构 ， 有 节省 资源 ， 具 速度 快 ，
见图 １
收稿 日期 ：０ ０—０ ０ ２１ ６ ４
积码的编码状态共有 ２ ＝ ４个状态 ， 。６ 编码寄存器的 状态随外部输入不断变化 的过程可以用篱笆图或网 格 图 （ ｒｌｓ 来 表 示 （ 图 ２ ， 于篇 幅 ， 们 以 Ｔｅ ｉ） ｌ 见 ）限 我 （ ， ， ） 积 码 为 例 ， 入 编 码 器 的信 息 序 列 Ｍ ＝ ２ １２ 卷 输 （０ １０ ）则 由编码器输出的码序列 Ｃ＝（ １１ ， １１ １０ ， １， ０
多路信源联合Viterbi译码
§ｍｘｎ （ ａ１ （兀Ｐ
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ｓ ￣Ｉ （ （ ＋ 兀Ｐ Ｏ … ｎ
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其中Ｐ Ｉ“ ） 信道 概率，Ｐｓ １ ） 先 （ ， 为 转移 （ ｌ 为 验信息。 若用Ｍ（－ ） Ｖ， 表 Ｉ
在每 段序列起 始将状态 置 ０ ，因此每个码 序列都 是 由全 ０状态 出发经 由格 图上 的不 同分
２
维普资讯
科技 论 文
支，最后回到全 ０状态的一条路径，可以用状态序列 Ｓ ＝（ ， ， ‘ … ） 来表示格图 上的第 条路径 。设接收向量序列为 Ｒ＝（， ， ｒ ｒ … ） ｌｚ ，基于最大后验概率准则 ，译码
将译码后的数据进行拆分。 ３１传输模型 ．
ｎ
Ｅ ｌＬ ｋ ｌ 电 Ｉ
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一
图 ２ 多路信 源卷积码编码 与维特 比译码 的传输模 型
多路信源的 Ｖｔ ｂ 译码与单路信源 Ｖｔ ｂ 译码相比，在结构上增加了复接和拆分 ｉｒｉ ｅ ｉｒ ｅｉ 的单元。由 于利用信源的先验信息，可以实现译码性能的提高。基于这个思想，本文要
示 路径分支 的度量值 ，那 么 ：
Ｍ（ ，。 ＝ｎ （ Ｉ“ ） ｌＰｓ Ｉ ） ） ｌ Ｐｒ ， ） ｎ （。 （ ， ＋ （ ￣ ）
（ ３ ）
传统的 Ｖｔ ｂ 译码算法处理一路信源 ， ｉｒｉ ｅ 因此二进制格图上的相邻时刻的状态转移路 径可 以精确对应于信源码树上的某条分支 ，如图 ３所示。用 Ｓ表示在 时刻 ， 的状态，于
自适应Viterbi译码器技术
ｏ ｙ ｏ ｈ ｎ ｅ ｎｃ ｄ ｎ ｇ ｆｃ ａ ｎ ｌｅ ｏ ｉ ｇ，ｗｈ ｃ ａ ｏ ｔｏ ｈ ｈ ｎｎ ｌｅ ｒ ｒ ｉｈ ｃ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｅ ｃ ａ ｅ ｒｏ ｓ，ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｄ ｌｏ ａｅ， ｎ ｎ ｕ ｅ ｔ ｅ ｅ ｕｃ ｈ ｏ ｅ ｅＴ ｒｒ ｔ ａ ｄ ｅ ｓ ｒ ｈ
Ｄ Ｉ 码 ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ２— ２ ９ ２ １ ．３ ０ ８ Ｏ 编 １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ２ ７ ．０ ０ ．０ ｓ １
中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２４
文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ２— ２ ９ ２ １ ） ３— ０ ７— ４ １０ ２ ７ （０ １ ０ ０ ２ ０
证译 码性 能 的 同时适 当减 少 了译 码器 的复杂度 ； 当工作 于 高信 噪 比环境 中时 门限被 自动调低 ， 时 此
译码器 复 杂度 得到 锐减 ， 码 模 式将 切换 到基 一 译 ４模 式从 而提 高 了译 码 速 度 ， 因此在 大 动 态信噪 比
环 境 下该 算法具 有 优越 的性 能。 关 键词 ： 道 编码 ； 信 自适 应 Ｖ ｔ ｂ 译 码 ； ｉ ｒｉ 码 ； 积码 ｉ ｒｉ ｅ Ｖｔ ｈ 译 ｅ 卷
第 ３期
２１ ０ １年 ６月
微
处
理
机
ＮＯ． ３
ＭＩ ＣＲＯＰ Ｒ０ Ｃ ＥＳ ＯＲＳ Ｓ
Ｊｎ ２ １ ｕ ．， ０１
自适 应 Ｖ ｔ ｂ 译 码 器 技 术 ｉ ｒｉ ｅ
银庆宏 ， 徐 欣， 李 楠 ， 兆林 孙
（ 国防科 技 大学 电子科 学与工 程学 院 ， 沙 ４ ０ ７ ） 长 １０ ３
的 比例 增长 。提 出 了一种 自适 应 Ｖ ｔ ｂ 译 码算 法— — Ｉ Ｖ Ｉ ｒｖｄＡ ａ ｔ ｅＶｔｒｉ ｌ ｒｈ 。 ｉ ｒｉ ｅ Ａ Ａ（ｍｐｏｅ ｄ ｐｉ ｉ ｂ Ａｇ ｉ ｍ） ｖ ｅ ｏｔ
卷积码-Viterbi译码
卷积码－Viterbi译码卷积码在一个二进制分组码（n,k）当中，包含k个信息位，码组长度为n，每个码组的（n-k）个校验位仅与本码组的k个信息位有关，而与其它码组无关。
为了达到一定的纠错能力和编码效率（＝k/n），分组码的码组长度n通常都比较大。
编译码时必须把整个信息码组存储起来，由此产生的延时随着n的增加而线性增加。
为了减少这个延迟，人们提出了各种解决方案，其中卷积码就是一种较好的信道编码方式。
这种编码方式同样是把k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适宜于以串行形式传输信息，减小了编码延时。
与分组码不同，卷积码中编码后的n个码元不仅与当前段的k个信息有关，而且也与前面（N-1）段的信息有关，编码过程中相互关联的码元为nN个。
因此，这N时间内的码元数目nN通常被称为这种码的约束长度。
卷积码的纠错能力随着N 的增加而增大，在编码器复杂程度相同的情况下，卷段积码的性能优于分组码。
另一点不同的是：分组码有严格的代数结构，但卷积码至今尚未找到如此严密的数学手段，把纠错性能与码的结构十分有规律地联系起来，目前大都采用计算机来搜索好码。
下面通过一个例子来简要说明卷积码的编码工作原理。
正如前面已经指出的那样，卷积码编码器在一段时间内输出的n位码，不仅与本段时间内的k位信息位有关，而且还与前面m段规定时间内的信息位有关，这里的m＝N-1通常用（n，k，m）表示卷积码（注意：有些文献中也用（n，k，N）来表示卷积码）。
图1就是一个卷积码的编码器，该卷积码的n = 2，k = 1，m = 2，因此，它的约束长度nN = n×(m+1) = 2×3 = 6。
图1 （2，1，2）卷集码编码器在图1中，与为移位寄存器，它们的起始状态均为零。
、与、、之间的关系如下：（1）假如输入的信息为D = [11010]，为了使信息D全部通过移位寄存器，还必须在信息位后面加3个零。
表1列出了对信息D进行卷积编码时的状态。
一种适用于导航系统的低功耗维特比译码器的开题报告
一种适用于导航系统的低功耗维特比译码器的开题报告一、选题背景随着智能手机的普及，导航系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
随着导航技术的不断发展，人们对于导航系统的精度和实时性方面的要求也越来越高。
在导航系统中，译码器是实现数据解码的重要部件，而维特比算法则是译码器中最为常用的算法之一。
然而，传统的维特比译码器一般采用高功耗的模拟电路，容易产生电磁干扰和热效应等问题，同时对电池寿命也会造成较大的影响。
因此，如何设计一种低功耗的维特比译码器，成为了当前导航系统中亟待解决的问题。
二、研究目标本文旨在设计一种适用于导航系统的低功耗维特比译码器，具体的研究目标如下：1.基于FPGA设计维特比算法译码器的硬件电路，通过优化算法和设计电路，实现译码器电路低功耗化，提高电路性能。
2.利用VHDL语言对维特比算法进行实现，结合硬件算法实现更加精确的译码运算过程。
3.通过仿真测试，分析设计的译码器电路的性能、功耗、可靠性等指标，验证低功耗维特比译码器的性能优越性。
三、主要研究内容1.维特比算法原理研究维特比算法是基于图论和动态规划的一种译码算法，本文将着重研究其原理和实现过程，为后续的硬件电路设计提供重要的基础。
2.低功耗Viterbi译码器的电路设计在维特比算法的基础上，本文将设计低功耗的Viterbi译码器电路，将模拟电路转化为数字电路的形式，从而大幅度减少系统功耗，提高系统性能。
3.维特比译码器的VHDL实现本文将采用VHDL语言实现维特比算法以及优化后的低功耗译码器电路，从而更加准确地模拟硬件运算过程，并提现出设计的硬件电路可靠性和性能优越性。
4.仿真测试及数据分析本文将通过FPGA工具实现硬件电路的仿真测试，比较分析设计的低功耗译码器电路与传统译码器电路的性能、功耗、可靠性等方面的优劣，从而得出设计成果的分析结论。
四、预期成果1.通过本文的研究，实现低功耗的Viterbi译码器电路，有效提高导航系统中维特比译码过程的性能、功耗和可靠性。
应用于通信系统中的高性能Viterbi译码器实现
应用于通信系统中的高性能Viterbi译码器实现黄昊;秦水介【摘要】We propose a high-speed Viterbi decoder imlementations based on ASIC. In order to cope with a wireless communication system for hign frequency and throughput requirement. The Viterbi decoder plus a fully parallel structure comparison module in the case of less constraint of 9. Performance analysis results show that rtl code for logic synthesis by using thssynopsys design compiler. Finally obtainted area is 0.2 mm2, power consumption is 18 mW, throughtput sent to 82 Mbps under clock frequency of 166 MHz.%针对无线通信系统中对于高频率、高吞吐量的要求，提出了一种基于ASIC的高速Viterbi译码器实现方案。
该译码器在约束度小于等于9的情况下，采用全并行结构的加比选模块。
性能分析结果表明，在SMIC 40 nm 工艺，通过使用Synopsys Design Compiler对RTL 代码进行逻辑综合，该译码器在时钟频率为166 MHz情况下，最终得到面积为0．2 mm2，功耗为18 mW，吞吐量达到82 Mbps。
【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)009【总页数】4页(P153-155,159)【关键词】Viterbi;译码器;ASIC;功耗【作者】黄昊;秦水介【作者单位】贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳 550025; 贵州省光电子技术与应用重点实验室贵州贵阳 550025;贵州省光电子技术与应用重点实验室贵州贵阳 550025【正文语种】中文【中图分类】TN47前向纠错技术特别是卷积编码是当今数字通信系统的一个重要组成部分，Viterbi译码算法由于具有译码性能良好，译码结构相对简单，译码延时低等特性，是前向纠错系统中一种最优化的卷积码译码算法［1］，在通信系统中，特别的卫星系统中得到广泛的应用。
基于穿戴式信息网络的Viterbi译码及同步技术的实现的开题报告
基于穿戴式信息网络的Viterbi译码及同步技术的实现的开题报告一、研究背景和意义随着移动互联网的快速发展和智能终端设备的普及，穿戴式设备市场呈现出愈加旺盛的发展势头。
穿戴式设备是智能手机、平板电脑等传统移动设备之外的一种新型移动设备，有诸多优点，如佩戴方便、实时监测等优势，能够在健康管理、运动监测、物联网等领域发挥重要作用。
面对穿戴式设备大规模普及的情形，如何更好地解决数据传输和信息安全问题成为了当前的研究热点。
传输数据时，穿戴式设备和终端设备之间未必总能够保持畅通的通信状态，可能会受到多种干扰，如多径衰落、频率偏移等等。
针对这类问题，如何设计一种高效稳定的数据传输和译码算法是当前亟待解决的问题。
二、研究内容及方法本文的研究内容是基于穿戴式信息网络的Viterbi译码及同步技术的实现。
具体研究工作包括：1.对语音信号进行数字化处理，建立数学模型。
2.通过建立信道模型、了解噪声特性以及实际通信情况，分析穿戴式设备在数据传输过程中可能受到的不同干扰因素。
3.设计一种基于Viterbi算法的译码方法，并对该算法进行理论分析和实际测试。
4.实现同步解码技术，即在译码过程中，根据已译出的一部分数据，对接下来要译码的数据进行同步，保证信号的连续性和准确性。
本文主要采用理论分析与仿真实验相结合的方法进行研究。
利用MATLAB等仿真工具模拟不同干扰因素对信号的影响，并验证所设计算法的可行性和优越性。
三、进度安排及预期目标本研究计划从2021年2月开始，至2021年9月结束。
具体进度安排如下：1.2021年2月至3月：文献调研和理论分析，初步确定研究内容。
2.2021年4月至5月：构建实验平台，建立数字信号处理模型。
3.2021年6月至7月：进行仿真实验和算法验证，分析结果数据。
4.2021年8月至9月：编写论文，完成论文终稿。
预期目标：1.建立基于穿戴式信息网络的Viterbi译码及同步技术的实现的理论模型。
基于FPGA的卷积码Viterbi译码器性能研究
基于FPGA的卷积码Viterbi译码器性能研究
陈新永;杨瑞娟;肖玉芬;曾浩
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(31)7
【摘要】基于FPGA的卷积码Viterbi译码器,其性能与译码算法参数设置密切相关.在采用VHDL语言设计实现译码器的基础上,通过仿真,分析了Viterbi译码器参数的设置情况,就幸存路径长度、编码存储度等参数对FPGA译码器性能的影响进行了讨论,并给出了这些参数的最佳取值.对卷积码编译码参数设计具有较好的指导性和实用性.
【总页数】3页(P97-98,102)
【作者】陈新永;杨瑞娟;肖玉芬;曾浩
【作者单位】空军雷达学院,湖北,武汉,430019;空军雷达学院,湖北,武汉,430019;空军雷达学院,湖北,武汉,430019;重庆邮电大学,通信与信息工程学院,重庆,400065【正文语种】中文
【中图分类】TN919.3
【相关文献】
1.基于FPGA的删除卷积码Viterbi软判决译码器的研究 [J], 熊磊;姚冬苹;谈振辉;牟丹
2.基于FPGA的高性能Viterbi译码器的设计与实现 [J], 沈南;王华
3.基于FPGA的卷积码Viterbi编码/译码器的设计与实现 [J], 张成;杨健
4.基于FPGA的卷积码Viterbi译码器实现方法 [J], 李明阳;柏鹏;屈鹏;张毓桐
5.基于FPGA的高性能Viterbi译码器的设计 [J], 邱磊;张岩
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Viterbi译码器的优化设计
Viterbi译码器的优化设计
袁金仕;卢焕章
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2005(45)3
【摘要】Viterbi译码算法用FPGA实现时,其硬件资源消耗与译码速度始终是相互制约的两个方面,通过合理安排ACS单元和路径度量存储单元可有效缓解这两方面的矛盾.本文以(2,1,6)卷积码为例,基于基4算法提出的动态路径度量存储管理方法能在不影响译码速度的前提下有效降低译码器的硬件复杂度.
【总页数】3页(P159-161)
【作者】袁金仕;卢焕章
【作者单位】国防科技大学ATR实验室,湖南,长沙,410073;国防科技大学ATR实验室,湖南,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TN764
【相关文献】
1.多码率串并Viterbi译码器优化设计 [J], 王闰昕;刘荣科;赵岭
2.基于FPGA的高速Viterbi译码器优化设计和实现 [J], 傅民仓;冯立杰;李文波
3.Viterbi译码器的并行优化设计 [J], 刘庆文;李欣;王心志
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一种应用于LTE系统的Viterbi译码算法
一种应用于LTE系统的Viterbi译码算法*李小文，罗友宝【摘要】摘要LTE(long term evolution,长期演进)系统中采用了咬尾卷积码和Turbo码来实现前向纠错，Viterbi译码是卷积码的一种杰出的译码算法，它是一种最大似然译码方法。
本文基于LTE系统中的咬尾卷积码，详细分析了几种较成熟的Viterbi译码算法，并综合现有算法，提出了一种改进算法，减小了译码计算的复杂度。
仿真结果表明，改进算法在降低译码计算复杂度的同时还降低了译码误比特率，因此非常适合LTE系统的译码要求。
【期刊名称】电信科学【年(卷),期】2010(026)007【总页数】5【关键词】关键词长期演进；前向纠错；咬尾卷积码；Viterbi译码1 引言在通信系统中，发送端发出的信号不可避免地要受到随机噪声和突发噪声的影响，信号的传输波形若受到破坏，则会使接收端可能发生错误判决。
消除或降低噪声干扰的方法包括均衡、提高发射信号功率等，但是这些方法通常不能满足传输要求。
信道编码是现代通信系统广泛采用的一种差错控制措施。
利用将“数据序列”转变成“更好的序列”产生冗余比特，这些冗余比特可以用于检测错误和纠正错误。
卷积码是信道编码中最为重要的一类。
根据卷积码码字是否以零比特结尾，可以分为零尾比特卷积码(zero-tail CC)和咬尾卷积码(tail-biting CC)。
零尾比特卷积码有固定的结尾清零比特作为结束状态，译码相对较简单；咬尾卷积码没有结尾清零比特，编码时使用数据块的最后m个信息比特来初始化编码寄存器，使编码器的初始状态和结束状态相同，这样做可以提高编码效率，节约带宽资源，但对译码器来说初始状态和结束状态都是未知的，因此也增加了译码复杂度。
目前，在咬尾卷积码Viterbi译码方面的研究主要有以下的情况。
·参考文献[1]提出了一种自适应的循环Viterbi译码算法，并且提出了3种不同的译码结束规则，不同的结束规则，译码计算复杂度和译码BER(bit error rate，误比特率)不同。
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Viterbi译码器研究目的意义及现状Viterbi译码器研究目的意义及现状 1研究的目的和意义
由于卷积码的优良性能，被广泛的应用于深空通信，卫星通信和2G及3G移动通信中，卷积码有三种译码方法:门限译码，门限译码,概率译码和Viterbi 算法,其中Viterbi算法是一种基于网格图的最大似然译码算法,是卷积码的最佳译码方式,具有效率高、速度快等优点。
Viterbi译码充分发挥了卷积码的特点，使译码错误概率达到最小，在码的约束度较小时，它具有译码算法效率高，速度快，译码器也简单的特点。
FPGA(Field,Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。
它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
同时在FPGA的基础上实现Viterbi译码器，迎合了当前FPGA迅猛发展的趋势。
把相对成熟的技术应用到某些特定领域如通讯，视频，信息处理等等开发出满足行业需要并能被行业客户接受的产品这方面主要是FPGA技术和专业技术的结合问题，另外还有就是与专业客户的界面问题产品设计还包括专业工具类产品及民用产品，前者重点在性能，后者对价格敏感产品设计以实现产品功能为主要目的，FPGA技术是一个实现手段在这个领域，FPGA因为具备接口，控制，功能IP，内嵌CPU等特点有条件实现一个构造简单，固化程度高，功能全面的系统产品设计将是FPGA技术应用最广大的市场，具有极大的爆发性的需求空间产品设计对技术人员的要求比较高，路途也比较漫长不过现在整个行业正处在组建“首发团队”的状态，只要加入，前途光明产品设计是一种职业发展方向定位，不是简单的爱好就能
做到的～产品设计领域会造就大量的企业和企业家，是一个近期的发展热点和机遇。
2卷积码及其Viterbi算法简介
卷积码是1955年由Elias提出，它与分组码不同，分组码是把k个信息比特的序列编成n个比特的码组，每个码组的n-k个校验位仅与本码组k个信息位有关，而与其他码组无关。
为了达到一定的纠错能力和编码效率，分组码的码组长度一般都比较大。
编译码时必须把整个信息码组存储起来，由此产生的译码延时随n 的增加而增加。
卷积码的概率译码最早始于1961 年由Wozencraft提出的序列译码，1963 年由Fano进行了改进，提出了Fano算法。
1967 年由Viterbi提出了另外一种概率译
码算法Viterbi译码算法，它是一种最大似然译码算法，在码的约束度较小时，它比序列译码算法效率更高、速度更快，译码器也较简单。
因此，自Viterbi 译码算法提出以来，无论在理论上，还是在实践上都得到了极其迅速的发展。
Viterbi算法并不等价于最大似然算法，但是，在一定的条件下，Viterbi算法就是最大似然译码和最佳译码算法。
3基于FPGA的Viterbi译码器国内外现状
1967年，A(J(Viterbi提出了Viterbi算法。
之后，GD.Fomey证明Viterbi算法实际上是一种基于卷积码网格图的最大似然译码算法，对于用移位寄存器描时间离散Markov过程，Viterbi算法的网格图与FFT的计算流图是述的有限状态,
相同的。
受此启发，部分并行、级联结构和混合结构等FFT上适用的结构开始用于Viterbi译码器。
加比选(ACS)过程是Viterbi译码中的核心部分，其非线性反馈环制约着整个译码速度。
1989年，GFettweis和H(Meyr提出了Systolic
Array结构，使用代数方法分析Viterbi译码过程，找到了ACS的一种线性映射，打破了ACS单元瓶颈。
这种结构类似于矩阵运算，非常适合于VLSI实现。
但当状态数较多时，电路规模将难以忍受。
功耗与规模是硬件设计中主要的制约因素，针对功耗和复杂性的考虑，九十年代大量的Viterbi算法的改进算法被提出来。
少量状态过渡SST算法，使用了预编码的方法，使得在信道没有错误时，大部分状态为0，由此减少了状态转移，从而大大降低了功耗。
J(B(Anderson和S(Mohan提出了Viterbi译码算法的M算法，通过减少进行加比选操作的状态数目而降低了译码器的硬件复杂度。
T算法、路径值控制的判决存储算法(PCDS)、减少状态序列检测(RssD)算法等都不同程度上降低了硬件复杂度。
BER性能和规模、功耗指标是相互矛盾的，一般情况下提高BER性能必然导致复杂度和功耗的增加，复杂度和功耗的降低必然导致系统性能的降低，改进的算法实质上是对上述指标的权衡考虑。
国内对于Viterbi算法的研究大多是对Viterbi译码器实现结构的研究，通过改变核心功能模块的结构提高速度或是减小功耗，主要用FPGA实现。
在译码器组成模块中，对幸存路径管理SM和ACS功能模块的研究最多。
国内对硬件实现结构的研究大多数是在国外提出的方法的基础上进行的，对于算法本身的研究并不多。