基于FPGA的卷積碼的編/譯碼器設計

　　3 譯碼器設計與實(shí)現

　　維特比譯碼器包括4個(gè)子模塊，如圖5所示。

　　1)控制單元 向各個(gè)功能模塊提供控制信號，保證譯碼器的工作時(shí)序正確，協(xié)調各個(gè)功能模塊從而促使整個(gè)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(shí)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(lái)的剩余路徑中選擇量度最小的剩余路徑，從這條路徑對應的狀態(tài)開(kāi)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(lái)的譯碼序列反轉順序輸出即為所要輸出的正確的接收序列。其中反轉順序的操作可由RAM實(shí)現，順序寫(xiě)入倒序讀出。

　　4 譯碼器設計中改進(jìn)和優(yōu)化算法

　　本文采取狀態(tài)路徑和判決比特同時(shí)存儲，在表示狀態(tài)信息的比特前加上1位判決比特來(lái)表示相應狀態(tài)的輸入支路的譯碼信息，因此，譯碼器在回溯時(shí)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，節省了存儲回溯路徑所需要的內存，從而降低了譯碼器結構復雜性。

　　本設計中譯碼器在計算所有狀態(tài)的路徑量度的同時(shí)進(jìn)行路徑存儲，從而大大提高了譯碼速度。路徑量度是指每個(gè)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)存儲以及相應的譯碼判決比特存儲。該結構的譯碼器對每一個(gè)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(gè)時(shí)鐘需要進(jìn)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(zhù)狀態(tài)的改變，每個(gè)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，設計中在每次進(jìn)行路徑量度計算時(shí)，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(jìn)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(guò)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。