基于FPGA的卷積碼的編/譯碼器設(shè)計

　　3 譯碼器設(shè)計與實現(xiàn)

　　維特比譯碼器包括4個子模塊，如圖5所示。

　　1)控制單元 向各個功能模塊提供控制信號，保證譯碼器的工作時序正確，協(xié)調(diào)各個功能模塊從而促使整個譯碼器的正常工作。

　　2)路徑度量和“加-比-選單元”計算和比較每條支路的路徑度量，得到并保存剩余路徑提供給回溯單元。對于(2，1，3)卷積碼，譯碼深度D=5(m+1)=20，為保證存儲單元和回溯單元同時并行工作，存儲單元為2D(m+1)2m=1280 bit。

　　3)回溯單元 從前面“加-比-選”電路送來的剩余路徑中選擇量度最小的剩余路徑，從這條路徑對應(yīng)的狀態(tài)開始向前尋找，直到找完前面所有狀態(tài)，并從存儲單元中讀出譯碼信息送給譯碼控制單元。

　　4)譯碼控制單元 將回溯單元送來的譯碼序列反轉(zhuǎn)順序輸出即為所要輸出的正確的接收序列。其中反轉(zhuǎn)順序的操作可由RAM實現(xiàn)，順序?qū)懭氲剐蜃x出。

　　4 譯碼器設(shè)計中改進和優(yōu)化算法

　　本文采取狀態(tài)路徑和判決比特同時存儲，在表示狀態(tài)信息的比特前加上1位判決比特來表示相應(yīng)狀態(tài)的輸入支路的譯碼信息，因此，譯碼器在回溯時就可直接輸出判決比特作為譯碼器的輸出，降低了譯碼器的判決難度，節(jié)省了存儲回溯路徑所需要的內(nèi)存，從而降低了譯碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。

　　本設(shè)計中譯碼器在計算所有狀態(tài)的路徑量度的同時進行路徑存儲，從而大大提高了譯碼速度。路徑量度是指每個狀態(tài)的2條輸入支路和2條輸出支路，路徑存儲指的是狀態(tài)存儲以及相應(yīng)的譯碼判決比特存儲。該結(jié)構(gòu)的譯碼器對每一個狀態(tài)都具有獨立的處理單元，彼此互補影響，并行工作，提高了譯碼速度。對于(2，1，3)卷積碼，一個時鐘需要進行2x2x2m=32次路徑量度計算和2m=8次4比特存儲操作。充分發(fā)揮了FPGA擁有大量LCS和RAM的優(yōu)勢。

　　在網(wǎng)格圖中，隨著狀態(tài)的改變，每個狀態(tài)的輸出支路的路徑量度逐漸增加，造成存儲資源壓力增大，設(shè)計中在每次進行路徑量度計算時，將該狀態(tài)的量度值與上次剩余路徑量度的最小值做差后進行保存，以達到減小存儲器空間的需求。對于編碼效率為1／2的卷積碼，以上差值最大不超過2m，因此，路徑量度的量化寬的為1b(2m)。對于(2，1，3)卷積碼，存儲路徑量度的寄存器位寬為lb(2×3)=3。