卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现
2021年电子技术应用第6期
张 健，吴倩文，高泽峰，周志刚
杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州310018
摘要：针对毫米波通信的高速率和低时延设计要求，设计实现1/2码率(2，1，7)卷积码的低时延译码。采用高度并行优化实现框架、低延时的最小值选择方式，获得Viterbi硬判决译码算法的输出。利用基于Xilinx公司的Artix7-xc7a200t芯片综合后，译码器的数据输出延时约89个时钟周期，最高工作频率可达203.92 MHz。结果表明，该译码器可支持吉比特级的数据传输速率，实现了低延时、高速率的编译码器。
中图分类号：TN911.22
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201025
中文引用格式：张健，吴倩文，高泽峰，等. 卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201025
中文引用格式：张健，吴倩文，高泽峰，等. 卷积编码及Viterbi译码的低时延FPGA设计实现[J].电子技术应用，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
近年来，5G移动通信技术的发展受到人们的广泛关注，高速率、高可靠、低时延的高能效通信成为毫米波通信中的重要因素[1-2]。毫米波频谱宽、频点高的特点对频谱资源紧张的通信系统具有极大的吸引力，并且毫米波频点很高，使得其传输误码率可以达到光纤的误码率量级，能够保证传输的可靠性[3-4]。然而毫米波对环境衰落敏感，传输损耗高使得远距离通信受到限制，为克服这些弱点，高效的信道估计算法成为了关键技术之一，除此之外，常采用信道编码技术来解决接收端出现误码元的情况[5]。常用的信道编码有卷积码、RS码、Turbo码、交织和伪随机序列扰码等[6-7]。不同类型的纠错码之间有着一定的关联性，如为了克服突发性码元的错误，往往采用卷积码和RS码相结合的方式来提高通信系统的稳定性[8]。卷积码以其较低的编码复杂度及接近香农限的优秀性能，广泛地应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统中[9-10]。Viterbi译码算法，又被称为最大后验概率方法，是卷积编码最佳的译码算法[11]。卷积编码和Viterbi译码是广泛使用的信道编码技术，具有一定的克服突发错误的能力，可以减少信道引入的误码，带来较高的编码增益，实现数据的高可靠性传输[12-13]。
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作者信息：
张 健，吴倩文，高泽峰，周志刚
(杭州电子科技大学 电子信息学院，浙江 杭州310018)
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