基于FPGA的改進型分組交織器的設計與實現

Turbo碼是由法國人Berrou于1993年提出的一種性能優越的信道編碼方案[1]，其應用已逐步推廣到衛星通信、移動通信和計算機通信等領域。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重要的作用，因此交織器的設計成了Turbo碼設計中的一個重要方面，交織器的好壞將直接關系到整個Turbo碼系統的優劣。

　　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計方法。該交織器可根據數字通信中信道的實際特性，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據傳輸的要求，從而達到最佳的抗突發連續錯誤的目的。

　　交織器設計采用Altera公司生產的Cyclone系列FPGA芯片，利用其內部嵌入式存儲資源，用雙端口存儲器實現。

　　1 傳統分組交織器的作用、原理及缺陷

　　1.1 交織器的作用

　　在傳統信道編碼中，交織器的作用是將信源序列打亂，將它們分散到不同的數據序列中，以消除相鄰碼元之間的相關性。這樣，當信號經歷衰落或突發干擾時，鄰近碼元被噪聲淹沒的可能性會大大降低，從而增強了抵御長時間突發噪聲的能力，同時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，對提高Turbo碼的性能起著至關重要的作用。文獻[3]指出，Turbo碼作為線性碼，其糾錯譯碼性能主要由碼字的重量分布決定，而交織器實際上正是決定了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，其原理是在發送端將待交織的輸入數據均勻分成m個碼組，每個碼組由n段數據組成，這樣便構成一個n×m的交織矩陣，其中，m為交織深度，n為交織約束長度或寬度。待交織數據以公式的順序進入交織矩陣，再以公式的順序從交織矩陣中送出，這樣就完成了對輸入數據的分組交織。

　　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，易于硬件實現的特點。但其存在的主要缺點是由于交織矩陣的深度和寬度固定，不能夠根據信道（特別是變參信道）中突發誤碼長度、糾錯碼的約束長度、糾錯能力做出調整，這樣，信息序列中出現的突發錯誤就不能夠盡量隨機分布在數據幀內。交織后，輸入至編碼器中的消息序列仍有很大的相關性。這就導致了Turbo碼譯碼器在相繼譯碼中不能正確的譯碼，會產生較高的譯碼錯誤。

　　基于以上原因，希望設計出交織矩陣深度和寬度可控的分組交織器，以適應不同數據幀長度的需要。從而更好的適應通信系統的特性要求，提高系統克服突發差錯的能力。