基于FPGA的喷泉码编译码器设计与实现

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在类似网络通信的高速通信过程中,传统的编译码方式和通信协议的误码率较高,往往需要大量的纠错译码才能接收到正确的信息,所带来的资源消耗也较大。这种环境下,十分需要一种高效的编码方案来满足目前的通信要求,数字喷泉码正是为了解决这一问题而被提出的。本文首先介绍了数字喷泉码目前的研究状况、将来的发展变化和本课题的来源。随后针对两种常见的数字喷泉码详细分析了其编码方式,并给出了几种度分布函数的性能分析。对于数字喷泉码的两种译码算法,对比了最大似然译码算法和置信传播译码算法的性能差异,本文采用复杂度低的置信传播译码算法作为译码器的译码算法。其次,给出了基于鲁棒孤波分布的LT码编码器和BP算法的译码器的理论设计。本文针对鲁棒孤波分布中的4个主要参数:原始信息包长度、译码器允许的最大失败概率、丢包率和待优化的常数c,利用控制变量法,对于每一组参数重复进行测试,得到了满足本次设计的最佳参数组合。基于此,完成了LT码编译码器的理论设计。再次,在搭载有XILINX公司所生产的Virtex-5芯片的FPGA上实现了高速率LT码的编译码器设计。首先完成了鲁棒孤波分布的概率生成,并在此基础上,完成了100个原始信息包的编译码操作,其中每个编码包中包含8比特的数据,在此基础上,将每个信息包中的数据扩展到24个比特,使得编码器的数据处理速度达到了10.24Mbps,译码器的速度达到了4.48Mbps。而后采用Chipscope和Isim等工具对实验平台的各个模块功能进行了测试,证明了编译码器设计的正确性。最后,利用RS-232串口完成了LT码编译码器的功能测试。在FPGA单板上不同丢包率的模拟二元删除信道上串行传输编码包,得到了译码结果并利用Chipscope和串口调试助手等工具进行了译码性能的分析,从而验证了本论文设计的正确性。
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