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高吞吐率、低功耗的软输出维特比译码器

作　者: 欧阳淦
导　师: 任俊彦；叶凡
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 软输出维特比译码器高吞吐率低功耗多波段正交频分复用超宽带
分类号: TN911.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文针对ECMA-368超宽带标准采用的卷积码设计了一个软输出维特比译码器。超宽带(UWB)是一种具有广泛应用前景的短距离无线通信技术,被采纳为无线个域网(WPAN)以及下一代蓝牙通信的物理层。MB-OFDM是一种被广泛采用的超宽带的实现方案,被采纳为ECMA-368标准。为了使得发出的高速数据在经过信道之后能够可靠地复现在通信系统的接收端,EMCA-368标准采用级联的卷积码-里德索罗蒙(RS)码对它的PLCP Header进行编码,并单独采用卷积码对它的PPDU Payload编码。维特比译码算法(VA)是一种常用的卷积码的译码算法,因其硬件实现复杂度降低,且译码性能较好而广受欢迎。软输出维特比译码算法(SOVA)是一种改进的维特比译码算法。SOVA译码器不但能够接收软判决信息,而且能够给出每个译码符号的可信度值。这些可信度值可以提供给下一级译码器,以提高整个级联译码器的译码性能。本文设计的SOVA译码器能够对ECMA-368定义的码率为1／3,约束长度为7的卷积码译码。它也能对通过对码率为1／3的“母码”打孔产生的的打孔码进行译码,这些打孔码的码率分别为1／2,5／8,3／4。加-比-选择单元(ACSU)通常是译码器的速度瓶颈。为了加快其最高工作频率,译码器采用了E.Yeo提出的改进的CSA结构,而不是传统的ACS结构来实现ACSU。另外,本文提出采用了7段量化方法来替代传统的8段量化方法,这样的话ACSU的最高工作频率能够进一步加快,所需硬件开销也能减少。在SOVA译码器中,需要大量的存储器来存储路径度量的差值,且这些存储器占据了整个译码器所需存储器的很大部分。本论文提出了一种新颖的混合幸存路径管理结构。它采用了改进的前向追溯方法,能够减小所需的存储器,并获得较高的译码吞吐率,且不会有较大的功耗。另外,本文也对译码器的其他模块进行了优化。例如,路径比较单元(PCU)和可信度更新单元(RMU)中不必要的前K-1级被移除了,而这样做并不会影响译码结果。SOVA译码器的吸引力驱使我们去寻找将它的软输出信息传递给RS译码器的方法。由于RS译码器需要每个符号的可信度值,而SOVA译码器只能给出每个比特的可信度值,因此需要找到一种将比特可信度值转化为符号可信度值的方法。但是由于SOVA译码器的软输出信息是相关的,并不存在一种最优的转化方案。本文比较了两种不同的次优的转换方案,并且提出了一种易于实现的SOVA-RS级联译码方案。该方案适用于标准定义的多种码率的卷积码。仿真结果表明,与传统的Viterbi-RS级联译码器相比,采用这种方案的SOVA-RS级联译码器能够提升将近0.35dB的译码性能。

全文目录

Contents  3-5
List of Figures  5-7
List of Tables  7-8
摘要  8-10
Abstract  10-12
Chapter 1 Introduction  12-18
Chapter 2 The Viterbi Algorithm  18-32
  2.1 Convolutional Code and Convolutional Encoder  18-20
  2.2 The Channel Mode  20-21
    2.2.1 Discrete memoryless channel  20
    2.2.2 Binary Symmetric Channel  20-21
    2.2.3 Gaussian Channel  21
  2.3 Maximum Likelihood Decoding  21-25
    2.3.1 Hard-Decision Decoding  23-24
    2.3.2 Soft-Decision Decoding  24-25
  2.4 The Viterbi Decoding Algorithm  25-32
Chapter 3 The Soft Output Viterbi Algorithm  32-37
  3.1 Original Formulation of SOVA  32-35
  3.2 Two-Step SOVA  35-37
Chapter 4 Hardware Architecture of SOVA Decoder  37-66
  4.1 Convolutional Codes in the UWB Standard  38-41
  4.2 Branch Metric Unit  41-43
  4.3 Add-Compare-Select Unit  43-50
    4.3.1 ACS VS CSA  43-48
    4.3.2 Path Metric Normalization  48-50
  4.4 Survivor Path Management Unit  50-61
    4.4.1 The Register-Exchange Method  50-51
    4.4.2 The Trace-Back Method  51-53
    4.4.3 The Trace-Forward Method  53-57
    4.4.4 The Modified Trace-Forward Architecture  57-61
  4.5 The Path Comparison Unit  61-64
  4.6 The Reliability Measure Unit  64-66
Chapter 5 The Concatenated Decoder  66-75
  5.1 The Reed-Solomon Codes  66-68
  5.2 The Architecture of Concatenated Decoder  68-75
Chapter 6 Implementation Results  75-77
Chapter 7 Conclusions  77-79
References  79-81
Acknowledgements  81-82

高吞吐率、低功耗的软输出维特比译码器

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