FPGA Xilinx维特比译码器实现卷积码译码

FPGA Xilinx维特比译码器实现卷积码译码

MATLAB （n,k,m）卷积码原理及仿真代码（你值得拥有）_matlab仿真后代码-CSDN博客

MATLAB 仿真实现任意（n,k,m）卷积码译码_维特比译码matlab-CSDN博客

前面已经使用MATLAB实现了卷积码和译码，前段时间也在项目中实现了Xilinx中维特比译码器，这次就简单介绍一下这个译码器，从项目中把关于卷积码编译码的部分抽取出来 修改了一下，匆促实现了一下，还行。

1 Xilinx维特比译码器实现

首先找到Viterbi译码器 随便选一个

第一页 别管兄弟们 我也很多不懂什么意思，反正第一个就标准 Standard，第二个就回溯长度 ，兄弟们自己设置。

第二页 的第一个Best State 也不懂，用了之后会多几个看不懂的引脚 第二个Puncturing 好像那个是打孔的意思，我也没用到。第三个Coding是软硬编码的，我选择最简单的硬编码，直接输入0 1 就行了

第三页就是CC编码时的选项了，我编码使用的是1/2CC 然后对应的表达式分别为7 5，所以这里第一个就是2 代表两个输出码元，然后下面的代表的是表达式7 5

第四页第一个BER Options也没用到，用到了也会多几个引脚，没敢用

最后一页就是总结，大家注意上图中 左侧信息 “Implementation Details”

其中第一个DATA_IN_1(8:8) DATA_IN_1(0:0)意思是输入的比特第8位和第0位有效，到时候你只需要把输入的两比特放进这个变量里的第0位和第8位就行了。

DATA(0:0) 就代表每一次输出只有第0位是有效的，也就是一次输入一位 这一位就是第0位

2 完整代码

仿真文件

///
`timescale 1ns/1ps
module testbench_top();//参数定义`define CLK_PERIORD		10		//时钟周期设置为10ns（100MHz）	//接口申明reg 		clk;
reg 		rst_n;
reg         input_bit;
reg         input_valid;wire [1:0]  output_bits;
wire        output_valid;reg	enable;wire out_data;
wire outdata_valid;
wire over;reg o_data_end;// 对被测试的设计进行例化// 实例化待测试的卷积编码模块CC2 u_CC2(		//二分之一码率	多项式 = 7,5.clk		(clk),	.rst		(rst_n),.enable		(enable),		//使能信号 .sink_data	(input_bit),	//输入数据.sink_valid	(input_valid),	//数据有效信号.out_valid	(output_valid),	//输出数据有效信号.out_data	(output_bits)	//输出数据
);CC2_Decoding u_CC2_Decoding(.clk			(clk),.rst			(rst_n),.in_data_valid	(output_valid),	//进来的全是有效数据  直接全部放进译码器中.in_data		(output_bits),.o_data_end		(o_data_end),.over			(over),	//结束解码.out_data		(out_data),.outdata_valid  (outdata_valid)
);//复位和时钟产生//时钟和复位初始化、复位产生
initial beginclk <= 0;rst_n <= 0;#1000;rst_n <= 1;
end//时钟产生
always #(`CLK_PERIORD/2) clk = ~clk;	integer file; // 文件句柄//测试激励产生
initial begin// 打开文件，写入模式file = $fopen("D:\\out_data.txt", "w");// 确保文件成功打开if (file == 0) begin$display("Error opening file!");$finish;endendalways @(posedge clk) beginif (outdata_valid) begin // 仅在数据有效时写入$fdisplay(file, "%d", out_data); // 将Ik写入文件end
endinitial begin@(posedge rst_n);	//等待复位完成enable <= 1'b0;@(posedge clk);input_bit <= 1'b0;enable <= 1'b1;o_data_end <= 1'b0;@(posedge clk);repeat(8*16) begin		//连续输入8 * 16 *4个bit@(posedge clk);		input_bit <= 1'b1;input_valid <= 1'b1;	//输入数据有效信号@(posedge clk);	input_bit <= 1'b1;@(posedge clk);	input_bit <= 1'b0;@(posedge clk);	input_bit <= 1'b0;endinput_valid <= 1'b0;	//输入数据有效信号repeat(3) begin@(posedge clk);endo_data_end <= 1'b1;  enable <= 1'b0;@(posedge clk);o_data_end <= 1'b0;#1000000;$fclose(file); // 关闭文件$stop;
endendmodule

1/2CC卷积码编码

module CC2 (		//二分之一码率	多项弿 = 7,5input 	clk,	input 	rst,input	enable,		//使能信号 input 	sink_data,	//输入数据input 	sink_valid,	//数据有效信号output	reg out_valid,	//输出数据有效信号output	reg [1:0] 	out_data	//输出数据
);// sink_data  shift_reg[1]  shift_reg[0]
// out_data[1] out_data[0]  7  5
reg [1:0] shift_reg;	//移位寄存噿always @(posedge clk) beginif(!rst) beginshift_reg <= 2'b0;	//初始化为0out_valid <= 1'b0;	//数据输出无效out_data <= 2'b0;end else if(enable) beginif(sink_valid) begin	//检测到数据有效信号拉高out_data[0] <= sink_data + shift_reg[0];out_data[1] <= sink_data + shift_reg[1] + shift_reg[0];out_valid <= 1'b1;	//拉高数据输出有效信号shift_reg <= {sink_data,shift_reg[1]};	//移位end else beginout_data <= out_data;out_valid <= 1'b0;shift_reg <= shift_reg;endend else beginshift_reg <= 2'b0;	//将所有寄存器清零out_valid <= 1'b0;	//数据输出无效out_data <= 2'b0;	endendendmodule

1/2CC卷积码译码

module CC2_Decoding 
(input 	clk,input	rst,input	in_data_valid,	//进来的全是有效数据  直接全部放进译码器中input  [ 1:0] 	in_data,input 	o_data_end,output 	reg		over,	//结束解码output 			out_data,output 	        outdata_valid
);parameter out_data_hop_amount = 8 * 16 * 4;	//	输出所有的有效比特数wire [ 7:0] 	decoded_data;reg [15:0] binary_data;
reg		   data_valid;reg [ 10:0] out_data_hop_count;	//一跳的输出码元计数器reg flag;wire 	s_axis_data_tready;
wire    decoded_valid;assign out_data = decoded_data[0];Viterbi2CC_Ip u_Viterbi2CC_Ip(.aclk				   	(clk),.aresetn			   	(rst),		//低电平就是复位.binary_data			(binary_data),  // 输入的硬判决编码数据流（16比特宽度）.data_valid		 		(data_valid),          // 输入数据有效信号.s_axis_data_tready		(s_axis_data_tready),.decoded_data	   		(decoded_data),  // 解码后的输出数据.decoded_valid       	(decoded_valid)	 // 解码输出有效信号
);assign  outdata_valid = (out_data_hop_count < out_data_hop_amount) ? decoded_valid : 0;always @(posedge clk) beginif(!rst) begindata_valid <= 'b0;binary_data <= 'b0;end else if(in_data_valid && !flag) begindata_valid <= 1'b1;	//调高数据有效信号binary_data[8] <= in_data[0];binary_data[0] <= in_data[1];end else if(flag && s_axis_data_tready && out_data_hop_count <= out_data_hop_amount)begindata_valid <= 1'b1;binary_data <= 'b0;end else begindata_valid <= 1'b0;binary_data <= binary_data;end
end//对输出的一跳卷积译码码元计数
always @(posedge clk) beginif(!rst) beginover <= 1'b0;out_data_hop_count <= 'b0;end else if(decoded_valid && out_data_hop_count <= out_data_hop_amount) begin//此时还在接收64个输出的有效比特数据over <= 1'b0;out_data_hop_count <= out_data_hop_count + 2'd1;end else if(out_data_hop_count <= out_data_hop_amount) beginover <= 1'b0;out_data_hop_count <= out_data_hop_count;end else beginover <= 1'b1;out_data_hop_count <= out_data_hop_count;end
endalways @(posedge clk) beginif(!rst) beginflag <= 'b0;end else if(o_data_end) begin	//数据送完了flag <= 1'b1;end else beginflag <= flag;end
endendmodule

维特比译码器

module Viterbi2CC_Ip (input 	aclk,input 	aresetn,input 	[15:0] binary_data,  // 输入的硬判决编码数据流（16比特宽度）input 	data_valid,          // 输入数据有效信号output  	s_axis_data_tready,output reg [7:0] decoded_data,  // 解码后的输出数据output reg decoded_valid        // 解码输出有效信号
);reg [15:0] 	s_axis_data_tdata;
reg 		s_axis_data_tvalid;wire [7:0] 	m_axis_data_tdata;
wire 		m_axis_data_tvalid;
reg 		m_axis_data_tready;viterbi2CC your_instance_name (.aclk(aclk),                              // input wire aclk.aresetn(aresetn),                        // input wire aresetn.s_axis_data_tdata(s_axis_data_tdata),    // input wire [15 : 0] s_axis_data_tdata.s_axis_data_tvalid(s_axis_data_tvalid),  // input wire s_axis_data_tvalid.s_axis_data_tready(s_axis_data_tready),  // output wire s_axis_data_tready.m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata),    // output wire [7 : 0] m_axis_data_tdata.m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid),  // output wire m_axis_data_tvalid.m_axis_data_tready(m_axis_data_tready)  // input wire m_axis_data_tready
);always @(posedge aclk) beginif (!aresetn) begin// 复位信号处理s_axis_data_tvalid <= 'b0;m_axis_data_tready <= 'b0;decoded_valid <= 'b0;decoded_data <= 'b0;end else beginif (data_valid && s_axis_data_tready) begin// 输入有效时，将二进制编码数据发送给解码器s_axis_data_tdata <= binary_data;  // 输入16比特的编码数据s_axis_data_tvalid <= 1'd1;           // 表示输入数据有效end else begins_axis_data_tvalid <= 1'd0;end// 解码器输出处理if (m_axis_data_tvalid) begindecoded_data <= m_axis_data_tdata;  // 获取解码后的数据decoded_valid <= 1'd1;                 // 标记解码输出有效end else begindecoded_valid <= 1'd0;endm_axis_data_tready <= 1'd1;  // 准备接收更多解码数据end
endendmodule

3 仿真结果

这是multisim中的仿真结果，不好看，直接在MATTAB中看解调出来的数据

最后MATLAB中的数据和仿真输入的数据几乎一模一样，只有后四位不一样，这主要是因为卷积码译码回溯的问题，导致最后几位译码会出现问题。不过问题不大