卷积码的Viterbi译码设计设计1Word格式文档下载.docx
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深入研究卷积码编码原理和Viterbi算法原理后,提出了(2,1,9)卷积码编码以及Viterbi算法的初始化、加—比—选和回溯设计方案,运用查表的方法,避免了大量繁琐计算,使得译码简洁迅速,译码器的实时性能良好。
并充分利用TMS320C54X系列DSP芯片,用汇编语言完成了(2,1,9)卷积码编码和Viterbi译码的程序。
关键词:
差错控制编码、卷积码、Viterbi译码、TMS320C54X、DSP
Abstract
Indigitalcommunicationsystems,errorcontrolcodingisusuallyusedtoimprovesystemreliability.SinceP.Eliasputforwardtheconvolutionalcodingthefirsttime,thecodingisstillshowingstrongvitality.,hasbecomewidelyusedinsatellitecommunications,wirelesscommunicationsandmanyothercommunicationsystemsasakindofchannelcodingmethod.suchasGSM,CDMA2000andhasbeenawirelesscommunicationstandardsofIS-95.
InviewoftheerrorproblemintheprocessofN-CDMAdatatransmission,thispaperdiscussestheaimstoimprovethequalityofdatatransmissionofvictordesignthanthedecoder.
AlthoughViterbidecodingcomplexityisbigger,moredifficulttoachieve,buthighefficiencyandfastspeed.Sothisarticleemphaticallyanalyzedanddiscussedthe1/2rate(2,1,9)convolutioncodecodinganditsViterbidecodingalgorithm.In-depthstudyonprincipleofconvolutioncodecodingandViterbialgorithm,proposedtheconvolutioncodecodingandViterbialgorithm(2,1,9)initialization,add-than-chooseandbackdesign,usinglook-uptablemethod,toavoidalargeamountoftediouscalculation,thedecodingandquick,goodreal-timeperformanceofthedecoder.MakefulluseoftheseriesofTMS320C54XDSPchip,usingassemblylanguagetocompletethe(2,1,9)convolutioncodecodingandViterbidecodingprocess.
Keywords:
errorcontrolcoding,convolutionalcode,Viterbidecoding,TMS320C54X
1.绪论
1.1移动通信及N-CDMA背景
人们希望在任何时候、在任何地方、与任何人都能及时沟通联系、交流信息。
而这就是移动通信所为人们提供的服务。
顾名思义,移动通信是指通信双方至少有一方在移动中(或者临时停留在一个非预定的位置上)进行信息传输和交换,这包括移动体(车辆、船舶、飞机或行人)和移动体之间的通信,移动体和固定点(固定无线电台或有线用户)之间的通信。
通信系统和网络经过数字化的进程后,目前主要的通信系统和网络都是数字化的系统和网络,移动通信也是如此。
通常,人们把模拟移动通信系统(包括模拟蜂窝网、模拟无绳电话与模拟集群调度系统等)称作第一代移动通信(1G),而把数字化的移动通信系统(包括数字蜂窝网、数字无绳电话与移动数据系统以及移动卫星通信系统等)称作第二代移动通信系统(2G)[9]。
第二代移动通信系统主要包括广泛使用的GSM公用移动通信网和窄带数字移动公用网(N-CDMA)。
N-CDMA与GSM的根本区别在于采用了不同的多址技术,GSM采用TDMA,而N-CDMA采用CDMA。
采用了CDMA技术的移动网有很多的优越性,比如,CDMA网络的抗干扰性能很强,瞬时发射功率比较小;
CDMA网络中的用户可以以相同的频率同时通信(分配的码不同),相邻的基站可以使用相同的频率,频率利用率非常高;
CDMA移动通信网的容量大,通话质量好,频率规划简单,手机电池寿命长,能够实现多种形式的分集(时间分集、空间分集和频率分集)和软切换[17]。
1.2数字通信概述
观察电的信号波形,我们可以发现如图1-1所示,模拟信号的波形是在自由选取电压的同时连续变化的,而在如图1-2中可见,数字信号从高电压或低电压这两个值中选择其一。
如果设高电压为“1”、低电压为“0”,数字信号就可以用“1”、“0”来表示。
语言、音乐、图像等的信号是模拟信号,计算机所处理的信号则是数字信号。
下面将从保密性和抗干扰能力两方面对模拟信号和数字信号进行比较。
(1)保密性
模拟通信很容易被窃听。
只要收到了模拟信号,就容易得到通信的内容。
而在数字通信系统中,信号经过模/数(A/D)转换后可以进行加密处理,再进行传输,在接收端解密后经过数/模(D/A)转换还原出原始信号,其保密性好。
(2)抗干扰能力
模拟信号沿线路的传输过程中会受到外界和通信系统内部的各种噪声干扰。
噪声和信号混合后难以分开,从而使得通信质量下降。
但是,对于数字通信,尽管数字信号在传输过程中混入杂音,但可以利用电子电路构成的门限电压(称为阈值)去衡量输入的信号电压,只有达到某一电压幅度,电路才会有输出值,并自动生成整齐的脉冲。
较小的杂音电压到达时,由于它低于门限电压而被滤掉,不会引起电路动作。
因此再生信号与原始信号完全相同,除非干扰信号大于原始信号才会产生误码[15]。
在现代技术的信号处理中,数字信号发挥的作用越来越大,几乎复杂的信号处理都离不开数字信号。
从模拟信号转换到数字信号(称为模/数转换)一般要经过抽样、量化和编码三个过程,最终变成一连串由“0”和“1”代表的脉冲数字信号。
其中,抽样就是以相等的间隔时间来抽取模拟信号的样值,使连续的信号变成离散的信号。
量化是把抽取的样值变换为最接近数字值,表示抽取样值的大小。
编码则是量化的数值用一组二进制的数码来表示。
所有传输数字信号的数字通信系统都包括信源、信源编码、信道编码、调制、解调、信道译码、信源译码、信宿几个基本部分,可归结于如图1-3所示的模型。
1.3卷积编码与译码的发展
本文重点讨论的卷积码是Elias在1955年最早提出的,与分组码一样,编码后的码元序列n位分为一组,其中k位信息码元,r位附加的监督码元,r=n-k。
分组码中的监督码元仅与本码组的信息码元有关,而与其他码组的信息码元无关,而卷积码的监督码元不仅与本组信息码元有关,还与前面码组的信息码元有约束关系。
在编码器复杂性相同的情况下,卷积码性能优于分组码。
针对卷积码的译码方法有三种:
Wozencraft在1957年提出了一种有效译码方法,即序列译码;
Massey在1963年提出了一种性能稍差,但比较实用的门限译码方法,由于这一实用性进展使卷积码从理论走向实用;
Viterbi在1967年提出了最大似然译码法,该方法对存储器级数较小卷积码的译码很容易实现,并具有效率高、速度快、译码器简单等特点,人们后来称其为Viterbi算法或Viterbi译码,广泛应用于现代通信中。
Viterbi译码可通过多种平台进行实现,在本是基于DSP汇编语言实现卷积码的Viterbi译码。
DSP是数字信号处理的英文缩写,它具有精度高、灵活性大、可靠性高、时分复用、易于大规模集成等优点。
在最近的20多年时间里,数字信号处理技术得到了广泛的应用。
而在现代通信系统中,它占着非常重要的地位,可以说在通信系统中越来越多的功能部件是采用数字信号处理技术实现的。
1.4主要研究工作
本论文所做的工作:
首先深入学习N-CDMA移动通信系统的信道结构和信道编码的原理,熟悉卷积码的应用和功能特性。
鉴于卷积码译码的最优的特性和高效率确定译码器编码译码方式Viterbi译码。
其次,以复杂度较低的(2,1,3)卷积码为例,了解卷积码的基本理论,并初步讲诉了Viterbi译码的基础算法及原理,从而为理解复杂度较高的(2,1,9)Viterbi译码提供基础概念。
接着,深入学习数字信号处理器DSP的原理,了解C54x专为Viterbi译码算法设计的CSSU单元,掌握用高效率的汇编语言开发DSP。
并学习运用美国德州仪器专为DSP推出的CCS集成开发环境,明白用CCS进行Viterbi译码的编写、编译、调试、仿真。
然后,对卷积码译码器的实现算法进行了研究,提出了适于运算的算法,并完成了实现译码器的软件设计。
依次通过“初始化”、“加-比-选”、“回溯”完成Viterbi译码。
由于(2,1,9)较为复杂,本论文采用“查表法”来节省时间、提高效率,从而避免了大量繁琐计算,使得译码简洁迅速,。
最后,用CCS具体实现了适合TMS320C54XDSP运算的Viterbi算法,用CCS仿真结果检验本论文提出的Viterbi译码的正确性,并验证了Viterbi译码器具有纠正随机错误的功能。
2.DSP与CCS简介
2.1DSP概述
DSP也就是Digitalsignalprocessor数字处理器。
它是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术等学科的发展而产生的。
数字信号处理自20世纪80年代问世以来,以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点,正以前所未有的速度向前发展。
数字化是各种信息进行有效获取、存储、处理、交换、综合与应用的基础,而数字信号处理技术及其集成化产品为信号数字化处理提供了广阔的发展和应用空间。
随着数字信号处理器性能的不断提高,开发工具的日臻完善,价格迅速下降,使其在语音合成与识别、图像处理、雷达、通信、声呐、多媒体、高速控制、医疗设备、仪器仪表、家用电器等众多领域得到了极为广泛的应用[7]。
TI公司的TMS320C54X系列是应用于通信设备的通用DSP芯片。
该芯片采用改善的哈佛结构,拥有优化的CPU、1条数据总线、3条数据总线和4条地址总线,因而在一个周期内可以从程序存储器
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- 卷积码 Viterbi 译码 设计
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