基于Turbo码的水声信道编译码技术研究及其FPGA实现的中期报告

基于Turbo码的水声信道编译码技术研究及其FPGA实现的中期报告摘要：水声信道具有复杂、不稳定、非线性等特点，使得水声通信系统面临很多问题，例如误差率高、传输距离短等。编译码技术是一种针对水声信道的前向纠错方法，能够有效降低误码率，提高信道效率。本文基于Turbo码的编译码技术，设计了一套水声信道编译码系统，并利用FPGA实现了编码和解码部分的功能。实验结果表明，所设计的系统能够在高误码率的水声信道中有效降低误码率，提高信道可靠性。关键词：水声信道，编译码技术，Turbo码，FPGA实现1.引言水声通信是一种传统的无线通信方式，适用于海底探测、海洋监测、船舶通信等领域。然而，水声信道具有复杂、不稳定、非线性等特点，使得水声通信系统面临很多问题，例如误差率高、传输距离短等。编译码技术是一种前向纠错方法，能够在不增加传输功率和带宽的情况下，有效降低误码率，提高信道效率。Turbo码是一种具有很高编码效率的编码技术，由于其具有良好的性能和适应性，已经成为了一种重要的前向纠错编码技术。本文基于Turbo码的编译码技术，设计了一套水声信道编译码系统，并利用FPGA实现了编码和解码部分的功能。2.编译码技术原理编译码技术是一种前向纠错方法，其基本原理是将编码和调制的过程融合起来，以提高信道效率和降低误码率。编译码系统由编码器和解码器两部分组成。（1）编码器编码器是编译码系统的重要组成部分，其主要功能是将输入信息序列通过Turbo码编码器进行编码，并且将其中一个编码输出序列交给调制器进行相位调制，最后将两个编码输出序列进行交织处理，并输出给信道。（2）解码器解码器是编译码系统的关键组成部分，其主要功能是将从信道中接收到的编码序列进行去交织处理，并交给迭代解码器进行迭代译码，最终得到解码输出序列。3.系统设计本文设计的水声信道编译码系统如图1所示。图1水声信道编译码系统框图系统由编码器和解码器两部分组成。编码器的输入是信息序列，输出为交织后的编码序列，其中一个编码输出序列经过相位调制后输出到水声信道中。解码器的输入为从水声信道中接收到的编码序列，输出为解码后的信息序列。编码器采用分组Turbo编码器，码率为1/3，迭代次数为8次，交织器采用Ping-Pong交织器。相位调制器采用BPSK调制方式，调制速率为1200baud，带宽为400Hz。解码器采用迭代上下文交错（ICS）Turbo解码器，迭代次数为8次。4.FPGA实现本文利用FPGA实现了水声信道编译码系统的编码和解码部分。编码部分采用VerilogHDL语言实现，解码部分采用RTL语言实现。编码部分采用带缓存的Ping-Pong交织器，解码部分采用流水线架构的迭代Turbo解码器。整个系统的时钟频率为50MHz。5.实验结果实验采用产生高误码率的水声信道模拟器，测试系统的误码率性能。实验结果表明，所设计的系统能够在高误码率的水声信道中有效降低误码率，提高信道可靠性。6.结论本文基于Turbo码的编译码技术，设计了一套水声信道编译码系统，并利用FPGA实现了编码和解码部分的功能。实验