Turbo乘積碼編譯碼算法研究及ASIC設(shè)計(jì)的中期報(bào)告

Turbo乘積碼編譯碼算法研究及ASIC設(shè)計(jì)的中期報(bào)告摘要：本中期報(bào)告主要介紹了基于Turbo碼的乘積碼編譯碼算法的研究和ASIC設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況。首先介紹了Turbo碼的原理和乘積碼編譯碼算法的基本思想，然后詳細(xì)討論了算法的實(shí)現(xiàn)方法和優(yōu)化方案，包括初始信息的快速譯碼、硬判決輸出碼字比較的優(yōu)化等。接著，介紹了ASIC設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)和設(shè)計(jì)流程，包括RTL設(shè)計(jì)、邏輯綜合和布局布線等。最后，介紹了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和進(jìn)一步優(yōu)化計(jì)劃。關(guān)鍵詞：Turbo碼、乘積碼編譯碼、ASIC設(shè)計(jì)、優(yōu)化方案。Abstract:Thismid-termreportmainlyintroducestheprogressofresearchontheTurbocode-basedproductcodeencodinganddecodingalgorithmandASICdesign.Firstly,theprinciplesofTurbocodeandthebasicideaofproductcodeencodinganddecodingalgorithmareintroduced.Then,theimplementationmethodandoptimizationschemeofthealgorithmarediscussedindetail,includingfastdecodingofinitialinformationandoptimizationofharddecisionoutputcodecomparisons.Next,therelevanttechnologiesanddesignflowofASICdesignareintroduced,includingRTLdesign,logicsynthesis,andlayout.Finally,theexperimentalresultsandfurtheroptimizationplansarepresented.Keywords:Turbocode,productcodeencodinganddecoding,ASICdesign,optimizationscheme.一、研究背景Turbo碼是一種近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域的編碼方法，具有較好的誤碼性能和解碼效率。乘積碼編譯碼算法是一種常用的Turbo碼編碼和解碼方法之一，它通過(guò)將信息位進(jìn)行分組，然后通過(guò)兩個(gè)編碼器進(jìn)行相互交錯(cuò)的編碼，再將編碼輸出按照一定規(guī)則進(jìn)行組合，形成最終的碼字。解碼時(shí)，則通過(guò)反復(fù)迭代運(yùn)算，將信道輸出與互信息進(jìn)行計(jì)算，從而得到最佳解碼。本文的研究目的是基于乘積碼編譯碼算法實(shí)現(xiàn)Turbo碼的編碼和解碼器，并將其應(yīng)用于ASIC設(shè)計(jì)中，以達(dá)到提高通信系統(tǒng)傳輸效率和可靠性的效果。二、算法實(shí)現(xiàn)（一）編碼器實(shí)現(xiàn)乘積碼編譯碼的編碼器采用兩個(gè)遞歸式卷積編碼器，分別對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行交錯(cuò)編碼，得到兩個(gè)碼序列。其中一個(gè)碼序列經(jīng)過(guò)逆序排列后再與另一個(gè)碼序列進(jìn)行點(diǎn)乘，得到原始數(shù)據(jù)的乘積碼編碼。在編碼器實(shí)現(xiàn)中，需要注意初始化狀態(tài)和重復(fù)使用編碼器模塊等問(wèn)題。為了提高編碼效率，可以使用查表法進(jìn)行編碼輸出序列的計(jì)算。此外，在編碼過(guò)程中采用帶反饋的滑動(dòng)窗口技術(shù)，可以大幅度降低編碼復(fù)雜度。（二）解碼器實(shí)現(xiàn)乘積碼編譯碼的解碼器主要分為Turbo迭代解碼器和SISO（soft-inputsoft-output）譯碼器兩部分。其中Turbo迭代解碼器采用串行聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)迭代計(jì)算來(lái)逐步提高譯碼準(zhǔn)確度。為了降低硬判決輸出碼字比較的復(fù)雜度，可以采用互信息指數(shù)作為碼距的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在解碼器實(shí)現(xiàn)中，還需要考慮可靠性度量、迭代次數(shù)、初始信息等因素的影響，并對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，以提高解碼效率和準(zhǔn)確度。三、ASIC設(shè)計(jì)ASIC設(shè)計(jì)是將算法轉(zhuǎn)換為硬件電路的過(guò)程。在ASIC設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)行RTL設(shè)計(jì)、邏輯綜合、布局布線等過(guò)程。（一）RTL設(shè)計(jì)RTL設(shè)計(jì)是將算法轉(zhuǎn)換為硬件描述語(yǔ)言（如Verilog）的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)模塊的功能和運(yùn)算邏輯，并實(shí)現(xiàn)與外部接口的連接。在RTL設(shè)計(jì)中，需要考慮模塊的模塊化、可重用性和擴(kuò)展性等因素。（二）邏輯綜合邏輯綜合是將RTL描述轉(zhuǎn)換為門級(jí)電路的過(guò)程，包括門級(jí)網(wǎng)表生成、時(shí)序分析、約束設(shè)置等步驟。在邏輯綜合過(guò)程中，需要考慮電路的時(shí)序約束、功耗約束等方面的限制。（三）布局布線布局布線是將邏輯電路映射到物理電路的過(guò)程，包括布局設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。在布局設(shè)計(jì)中，需要考慮電路的面積、功耗等方面的限制；在布線設(shè)計(jì)中，需要考慮電路的時(shí)序、電路延遲等方面的需求。四、總體計(jì)劃目前，我們已經(jīng)完成了Turbo碼乘積碼編譯碼算法的研究和優(yōu)化，并在Xilinx平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證。接下來(lái)，我們將繼續(xù)推進(jìn)ASIC設(shè)計(jì)的流程，并優(yōu)化電路的功耗和時(shí)序等方面。最終，我們將完成ASIC電路的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并進(jìn)行實(shí)際通信測(cè)試，以驗(yàn)證算法及設(shè)計(jì)的實(shí)