基于FPGA的改進(jìn)型分組交織器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Turbo碼是由法國人Berrou于1993年提出的一種性能優(yōu)越的信道編碼方案[1]，其應(yīng)用已逐步推廣到衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)通信等領(lǐng)域。交織器作為Turbo碼編碼器中的重要組成部分，在Turbo碼的性能中起著至關(guān)重要的作用，因此交織器的設(shè)計(jì)成了Turbo碼設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面，交織器的好壞將直接關(guān)系到整個(gè)Turbo碼系統(tǒng)的優(yōu)劣。

　　本文分析了交織器在Turbo碼中的作用，以及分組交織器[2]存在的缺陷，提出一種改進(jìn)型的分組交織器，即交織深度和寬度可控的分組交織器的設(shè)計(jì)方法。該交織器可根據(jù)數(shù)字通信中信道的實(shí)際特性，做到交織矩陣深度和寬度可控，能夠更好的滿足不同幀長度數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅瑥亩_(dá)到最佳的抗突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤的目的。

　　交織器設(shè)計(jì)采用Altera公司生產(chǎn)的Cyclone系列FPGA芯片，利用其內(nèi)部嵌入式存儲(chǔ)資源，用雙端口存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。

　　1 傳統(tǒng)分組交織器的作用、原理及缺陷

　　1.1 交織器的作用

　　在傳統(tǒng)信道編碼中，交織器的作用是將信源序列打亂，將它們分散到不同的數(shù)據(jù)序列中，以消除相鄰碼元之間的相關(guān)性。這樣，當(dāng)信號(hào)經(jīng)歷衰落或突發(fā)干擾時(shí)，鄰近碼元被噪聲淹沒的可能性會(huì)大大降低，從而增強(qiáng)了抵御長時(shí)間突發(fā)噪聲的能力，同時(shí)也有利于接收端的譯碼接收。

　　另外，交織器作為Turbo碼編碼器中的重要組成部分，對(duì)提高Turbo碼的性能起著至關(guān)重要的作用。文獻(xiàn)[3]指出，Turbo碼作為線性碼，其糾錯(cuò)譯碼性能主要由碼字的重量分布決定，而交織器實(shí)際上正是決定了Turbo碼的重量分布。所以，Turbo碼的性能很大程度上由交織器所決定。

　　1.2 分組交織器的原理

　　分組交織是一種簡單的交織方式，其原理是在發(fā)送端將待交織的輸入數(shù)據(jù)均勻分成m個(gè)碼組，每個(gè)碼組由n段數(shù)據(jù)組成，這樣便構(gòu)成一個(gè)n×m的交織矩陣，其中，m為交織深度，n為交織約束長度或?qū)挾?。待交織?shù)據(jù)以公式的順序進(jìn)入交織矩陣，再以公式的順序從交織矩陣中送出，這樣就完成了對(duì)輸入數(shù)據(jù)的分組交織。

　　1.3 分組交織器存在的缺陷

　　分組交織器雖然具有原理簡單，易于硬件實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。但其存在的主要缺點(diǎn)是由于交織矩陣的深度和寬度固定，不能夠根據(jù)信道（特別是變參信道）中突發(fā)誤碼長度、糾錯(cuò)碼的約束長度、糾錯(cuò)能力做出調(diào)整，這樣，信息序列中出現(xiàn)的突發(fā)錯(cuò)誤就不能夠盡量隨機(jī)分布在數(shù)據(jù)幀內(nèi)。交織后，輸入至編碼器中的消息序列仍有很大的相關(guān)性。這就導(dǎo)致了Turbo碼譯碼器在相繼譯碼中不能正確的譯碼，會(huì)產(chǎn)生較高的譯碼錯(cuò)誤。

　　基于以上原因，希望設(shè)計(jì)出交織矩陣深度和寬度可控的分組交織器，以適應(yīng)不同數(shù)據(jù)幀長度的需要。從而更好的適應(yīng)通信系統(tǒng)的特性要求，提高系統(tǒng)克服突發(fā)差錯(cuò)的能力。