憑借著高端7 GHz無需授權(quán)頻譜資源,，60-GHz無線個域網(wǎng)已經(jīng)成為了短距離吉比特無線傳輸?shù)闹匾鉀Q方案^[1]。而由于超高的頻點,，相位噪聲和功放非線性等射頻非理想因素嚴重影響著60-GHz無線個域網(wǎng)的系統(tǒng)性能,。參考文獻[2]中指出，在考慮射頻非理想因素影響下,，里所碼^[3]RS(Reed-Solomon codes)和卷積碼^[4]CC(convolution codes)級聯(lián)碼可以取得比低密度奇偶校驗碼LDPC(Low-Density Parity-Check)編碼更為魯棒的譯碼性能。因此,，針對60-GHz無線個域網(wǎng)系統(tǒng),，本文提出了一種吉比特低復雜度RS-CC級聯(lián)譯碼器架構(gòu)。

1 RS-CC級聯(lián)碼

    根據(jù)IEEE 802.15.3c標準^[5],，本文設計了吉比特RS-CC級聯(lián)編碼模式,，如圖1所示。作為RS(255,，239)截斷碼,，RS(224，208)又為級聯(lián)碼外碼,，每個塊包含208個8-bit輸入符號,。經(jīng)過RS編碼，RS編碼器每個塊輸出224個8-bit符號,。通過32×32交織器,，RS編碼結(jié)果串/并轉(zhuǎn)換后進行卷積碼編碼。本文采用CC(3，1,，7)編碼器為級聯(lián)碼內(nèi)碼,。卷積碼的約束長度為7，生成多項式為(133₈,，171₈,，165₈)，基本碼率為1/3,。為了獲得高吞吐率,，使用8路CC獨立編碼。經(jīng)過IEEE 802.15.3c標準制定的打孔刪除操作,，產(chǎn)生1/3,、1/2、4/7,、 2/3,、4/5 5種內(nèi)碼碼率。最終數(shù)據(jù)經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換,，輸出編碼結(jié)果,。

2 吉比特RS-CC級聯(lián)譯碼器設計

    吉比特RS-CC級聯(lián)譯碼器由8個獨立CC(3，1,，7)譯碼器,、32×32解交織、RS(224,，208)譯碼器等模塊組成,，如圖2所示。輸入的譯碼數(shù)據(jù)經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后分別輸入對應的8個獨立CC(3,，1,，7)譯碼器。CC(3,，1,，7)譯碼器的譯碼輸出經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后進行32×32解交織；解交織后數(shù)據(jù)輸入到RS(224,208)譯碼器,，最終獲得級聯(lián)碼譯碼結(jié)果,。

2.1 基于Viterbi譯碼算法的CC(3，1,，7)譯碼器

    Viterbi譯碼算法是1967年由Viterbi提出的一種最大概率譯碼算法^[6],。作為CC的最優(yōu)譯碼算法，Viterbi譯碼算法被廣泛應用于2G,、3G以及衛(wèi)星通信等多種通信系統(tǒng)中^[4],?；赗S-CC級聯(lián)碼結(jié)構(gòu)，本文給出了基于Viterbi算法的CC(3,1,7)譯碼器設計,，整體結(jié)構(gòu)如圖3所示,。因為使用8路CC獨立編碼，所以8個相同的CC譯碼器獨立譯碼,。

     接收到的譯碼輸入數(shù)據(jù)采用3比特軟判決譯碼輸入,，相對于硬判決可以獲得大約2 dB的信道編碼增益。根據(jù)IEEE 802.15.3c標準^[5],，解除刪余單元對于卷積碼打孔刪除位置進行填充補償,，補償后數(shù)據(jù)被輸入到分支度量單元。分支度量單元計算當前輸入的判決信息與期望信息的歐氏距離,。分支度量值越小,，表示相似度越高，否則,，反之,。

    加比選模塊對狀態(tài)路徑度量的每個狀態(tài)可能的輸入路徑度量進行累積加法計算（即：加），然后比較各個數(shù)值大?。矗罕龋?，判決選擇出最小路徑度量（即：選），更新路徑度量寄存器數(shù)據(jù)^[4],，如圖4所示,。對于一個約束長度為7的Viterbi譯碼器，每一步譯碼需要處理64個加比選運算,。加比選運算本身要求下一次加法運算必須是在上一步的狀態(tài)度量選擇運算之后,，如果直接插入流水線，會導致整體無法同時運算,，因此并沒有提高吞吐速度,。為了提高吞吐率，采用了64個加比選運算單元全并行地譯碼,。

    對于CC（3，1,，7）譯碼器,，其幸存路徑管理單元需采用One-pointer回溯算法或者K-pointer回溯算法^[4]實現(xiàn)譯碼輸出。與One-pointer回溯算法相比,，K-pointer回溯算法只需要單一運行時鐘,，因此其在譯碼器實現(xiàn)中更為普遍采納。本文使用2-pointer回溯算法,，回溯譯碼長度定為64,。由于采用并行獨立的卷積碼編碼,，因而圖3中各路的回溯譯碼獨立并行執(zhí)行。

2.2 基于RiBM算法的RS(224,，208)譯碼器

    RS碼是一種特殊的BCH碼,，所以RS碼的譯碼方案也可以從BCH碼的譯碼方案推算得到。本文采用的是改進的無逆RiBM算法^[4],，屬于時域譯碼的一種,。RS譯碼器由伴隨式計算單元、關(guān)鍵方程求解單元,、計算誤碼位置的Chien搜索,、求解誤碼位置差值Forney算法組成，整體結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示,。

    對求逆運算是高復雜度運算,。因為GF(2^t)域取值范圍有限，在實現(xiàn)中預設一個GF(2^t)元素的逆值表,，采用查表法的方法來直接獲得逆值,。

3 實現(xiàn)與分析

    基于Verilog HDL語言，本文完成了RS(224,，208)-CC(3,，1，7)級聯(lián)譯碼器的實現(xiàn),，并對在CC碼率為1/3,、1/2、4/7,、2/3,、4/5 5種情況下分別進行ModelSim RTL級仿真驗證，誤碼率BER（Bit Error Rate）與MATLAB級聯(lián)譯碼函數(shù)性能基本相同,。其中在CC為1/3,、1/2碼率下的RS-CC級聯(lián)譯碼性能比較如圖6所示。

    本設計在Xilinx Virtex-6 FPGA平臺上實現(xiàn),， 最高工作時鐘為200 MHz,，級聯(lián)譯碼器靜吞吐率達到1.6 Gb/s。然后,，采用TSMC 0.13 μm CMOS工藝,，供電電壓為1.2 V，本文完成了級聯(lián)譯碼器的ASIC設計,。DC compiler門級綜合工具給出了芯片的綜合報告,，如表1所示。該譯碼器的邏輯面積為5.19 mm²,，芯片工作時鐘為250 MHz,，譯碼器最大吞吐速率為2 Gb/s,，功耗為271 mW。本設計滿足60 GHz無線個域網(wǎng)標準^[5]的吉比特吞吐率指標要求,，在高速前向糾錯編譯碼領域有著廣闊的應用前景,。

參考文獻

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[6] 陶杰,，王欣，張?zhí)燧x.基于VHDL語言的卷積碼和Viterbi譯碼的實現(xiàn)[J].微型機與應用,，2012,，31(16)：3-5.