卷積編碼及Viterbi譯碼的低時延FPGA設計實現
2021年電子技術應用第6期
張 健，吳倩文，高澤峰，周志剛
杭州電子科技大學 電子信息學院，浙江 杭州310018
摘要： 針對毫米波通信的高速率和低時延設計要求，設計實現1/2碼率(2，1，7)卷積碼的低時延譯碼。采用高度并行優化實現框架、低延時的最小值選擇方式，獲得Viterbi硬判決譯碼算法的輸出。利用基于Xilinx公司的Artix7-xc7a200t芯片綜合后，譯碼器的數據輸出延時約89個時鐘周期，最高工作頻率可達203.92 MHz。結果表明，該譯碼器可支持吉比特級的數據傳輸速率，實現了低延時、高速率的編譯碼器。
中圖分類號： TN911.22
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201025
中文引用格式： 張健，吳倩文，高澤峰，等. 卷積編碼及Viterbi譯碼的低時延FPGA設計實現[J].電子技術應用，2021，47(6)：96-99.
英文引用格式： Zhang Jian，Wu Qianwen，Gao Zefeng，et al. Low-latency FPGA design and implementation of convolutional coding and Viterbi decoding[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(6)：96-99.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201025
中文引用格式： 張健，吳倩文，高澤峰，等. 卷積編碼及Viterbi譯碼的低時延FPGA設計實現[J].電子技術應用，2021，47(6)：96-99.
英文引用格式： Zhang Jian，Wu Qianwen，Gao Zefeng，et al. Low-latency FPGA design and implementation of convolutional coding and Viterbi decoding[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(6)：96-99.
Low-latency FPGA design and implementation of convolutional coding and Viterbi decoding
Zhang Jian，Wu Qianwen，Gao Zefeng，Zhou Zhigang
School of Electronic Information，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China
Abstract： Aiming at the high-speed and low-delay design requirements of millimeter wave communications, this paper designs low-delay decoding of convolutional codes with 1/2 code rate(2，1，7). A highly parallel optimization implementation framework and a low-latency minimum selection method are adopted to obtain the output of the Viterbi hard decision decoding algorithm. After synthesis using the Artix7-xc7a200t chip based on Xilinx, the data output delay of the decoder is about 89 clock cycles, and the highest operating frequency can reach 203.92 MHz. The results show that the decoder can support gigabit-level data transmission rates, and realizes a low-latency, high-rate codec.
Key words : millimeter wave communication；convolutional code；Viterbi decoding；system generator
0 引言
近年來，5G移動通信技術的發展受到人們的廣泛關注，高速率、高可靠、低時延的高能效通信成為毫米波通信中的重要因素[1-2]。毫米波頻譜寬、頻點高的特點對頻譜資源緊張的通信系統具有極大的吸引力，并且毫米波頻點很高，使得其傳輸誤碼率可以達到光纖的誤碼率量級，能夠保證傳輸的可靠性[3-4]。然而毫米波對環境衰落敏感，傳輸損耗高使得遠距離通信受到限制，為克服這些弱點，高效的信道估計算法成為了關鍵技術之一，除此之外，常采用信道編碼技術來解決接收端出現誤碼元的情況[5]。常用的信道編碼有卷積碼、RS碼、Turbo碼、交織和偽隨機序列擾碼等[6-7]。不同類型的糾錯碼之間有著一定的關聯性，如為了克服突發性碼元的錯誤，往往采用卷積碼和RS碼相結合的方式來提高通信系統的穩定性[8]。卷積碼以其較低的編碼復雜度及接近香農限的優秀性能，廣泛地應用于衛星通信、無線通信等多種通信系統中[9-10]。Viterbi譯碼算法，又被稱為最大后驗概率方法，是卷積編碼最佳的譯碼算法[11]。卷積編碼和Viterbi譯碼是廣泛使用的信道編碼技術，具有一定的克服突發錯誤的能力，可以減少信道引入的誤碼，帶來較高的編碼增益，實現數據的高可靠性傳輸[12-13]。
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作者信息：
張 健，吳倩文，高澤峰，周志剛
(杭州電子科技大學 電子信息學院，浙江 杭州310018)
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