高速、低功耗维特比解码器算法研究与电路实现

论文摘要

随着无线通信技术的发展,各种应用标准相继出现,人们对无线通信系统的要求在不断的提高,希望其提供更高的数据传输速率,同时成本更低,功耗更小。纠错编解码模块作为无线通信系统的重要组成部分,其硬件实现的复杂度对整个系统的速度、功耗等都有重要影响。同时,无线信道本身的复杂性也对纠错编解码性能提出了极高的要求。卷积码和维特比解码算法作为信道纠错编解码方案非常适用于无线通信衰落信道,广泛应用于各种无线通信系统,如无线局域网（WLAN）,数字视频广播（DVB）,多波段正交频分复用超宽带（MB-OFDMUWB）等等。这些高速无线传输系统对维特比解码器的设计提出了挑战,如何能够以更少的硬件开销和更低的功耗实现符合系统编码增益和速度要求的维特比解码器一直是研究热点。本文的讨论即围绕着高速无线通信系统这一应用环境,重点以MB-OFDM标准适用的维特比解码器为例,分析如何通过算法和结构的优化突破维特比解码器的速度瓶颈。本文介绍了数字通信系统和信道编解码的基本概念,论述了卷积码和维特比解码的原理,讨论了各种高速维特比解码器的设计方案。针对MB-OFDM UWB无线通信系统,本文具体应用了这些设计方法,给出了设计实例,阐述如何根据系统要求确定维特比解码器的电路结构和重要参数,并最终实现了满足性能指标的维特比解码器,给出了其测试结果。最后讨论了维特比解码器进一步改进的方法,包括进一步提高速度,降低功耗的技术。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 论文工作的背景
• 1.2 论文内容和结构
• 第2章 纠错编码基本原理
• 2.1 纠错编码概述及分类
• 2.2 调制与编码
• 2.2.1 数字带通调制与解调
• 2.2.2 信道模型
• 2.2.3 硬判决与软判决
• 2.3 最大似然解码
• 2.4 有噪信道编码定理
• 2.5 纠错编码性能的评估
• 2.5.1 误码率与编码增益
• 2.5.2 香农限
• 第3章 卷积码和维特比解码算法
• 3.1 卷积码概述
• 3.1.1 卷积码的定义
• 3.1.2 卷积码的表示
• 3.1.3 卷积码的性能
• 3.2 维特比算法
• 3.2.1 卷积码的最大似然解码
• 3.2.2 硬判决和软判决解码
• 3.2.3 维特比算法实例
• 3.2.4 一些重要的概念和参数
• 3.3 凿孔卷积码
• 3.3.1 凿孔卷积码的定义
• 3.3.2 MB-OFDM的卷积码
• 第4章 高速维特比解码器结构
• 4.1 维特比解码器基本结构
• 4.1.1 分支度量单元
• 4.1.2 加比选单元
• 4.1.3 回溯单元
• 4.1.4 对幸存路径管理单元的讨论
• 4.1.5 路径度量溢出处理方法
• 4.2 高速维特比解码器结构
• 4.2.1 超前结构
• 4.2.2 滑块结构
• 4.2.3 比特级流水线ACS结构
• 4.2.4 以上各种技术的比较
• 第5章 MB-OFDM维特比解码器设计方案
• 5.1 维特比解码器在系统中的位置
• 5.2 维特比解码器结构选择
• 5.2.1 采用比特级流水线ACS
• 5.2.2 采用滑块结构
• 5.3 滑块结构的具体实现
• 5.3.1 解凿孔
• 5.3.2 输入缓存的设计
• 5.3.3 针对帧结构的控制模块
• 5.3.4 综合结果
• 第6章 总结与展望
• 6.1 对比特级流水线ACS结构的改进
• 6.2 适应性维特比解码器
• 参考文献
• 致谢