基于FPGA的高速Turbo码编译码器硬件实现研究-论文

简介：
本文探讨了在FPGA平台上高效实现Turbo码编码和解码技术的研究成果，旨在提升数据传输系统的可靠性和效率。 本段落探讨了利用现场可编程门阵列（FPGA）技术实现高速TURBO码编译码器硬件设计的方法。TURBO码是一种在通信领域中性能优异的纠错编码方式，因其接近香农限的卓越编码性能而备受关注，在3G和4G通信系统中有广泛应用。然而，随着5G通信技术的发展，传统的TURBO码面临着新的挑战，特别是在高速率与低延迟方面。 1. FPGA与TURBO码编译码器设计 FPGA是一种集成了大量逻辑门的可编程器件，通过用户自定义程序可以实现特定功能应用。相比传统专用集成电路（ASIC），FPGA的设计周期短、成本低，并且可以在不改变硬件结构的情况下进行现场编程和修改，因此非常适合用于复杂的数字通信系统如TURBO码编译码器设计中。本段落选择Altera公司的APEX II系列FPGA芯片来实现TURBO码编译码器。 2. TURBO编码器设计 TURBO编码是一种并行级联卷积编码方式，通过组合两个递归系统（RSC）分量编码器和一个随机交织器提高编码效率。本段落使用的RSC编码器为(13,15)8分量编码器，码率为1/3，并具有长度为1024比特的交织。在设计过程中需要解决的关键问题包括RSC分量编码器归零、流水处理、交织以及删余复用等。 编码器主要由两个分量编码模块、双口RAM存储和删余复用模块组成。通过交替进行数据读写操作，保证了连续的数据流处理能力。TURBO编码器能够实现缓存功能、卷积编码、交织及最终的输出删除冗余信息。预编码的设计在于确保在帧结束时生成终止比特。 为了提高流水线效率，本段落提出了一种基于快速通道互连架构设计方法，该结构由一系列连续行和列通道组成。这不仅提高了FPGA芯片处理TURBO码的速度与灵活性，而且便于在线修改和优化设计。 3. TURBO解码器迭代译码设计 在迭代译码方面，本段落提出了一种交叠滑窗架构以降低运算复杂性并提高解码速度。由于TURBO编码的多次迭代过程中需要处理大量数据，因此算法效率直接影响到整体性能。通过优化译码过程中的窗口重叠结构，能够显著加快处理速度和缩短解码时间。 4. 结论 研究表明FPGA技术可成功用于高速TURBO编译码器硬件设计中。合理规划编码与解码模块的硬件架构可以确保其在高速通信系统里有效运作。尽管5G标准主要采用LDPC代码作为物理层的主要编码方式，但鉴于3G和4G网络中的应用及研究价值，TURBO编码技术仍然占据重要地位。 本段落详细介绍了基于FPGA实现TURBO编译码器硬件设计的方法与策略，包括设计理念、具体实施以及优化方案。这对于推动该技术在现代通信系统中进一步的应用具有重要的理论意义和技术参考价值。