%37تخفیف

دانلود پروژه:طراحی و پیاده‌سازی الگوریتم ویتربی بر روی تراشه‌های FPGA

تعداد 139 صفحه فایل word

چکیده

امروزه اکثر سیستم­های ارتباطی دیجیتال، برای جبران نویز گوسی سفید، محوشدگی، اختلالات کوانتیزاسیون و سایر اثرات مخرب کانال، از کدینگ کانولوشنال استفاده می­نمایند. این نوع کدینگ به دلیل کنترل خطای عالی، در بسیاری از سیستم­های ارتباطی مانند سیستم­های موبایل نسل سوم به کار می­روند. برای دیکد نمودن کدهای کانولوشنال، چندین شیوه مانند دیکدینگ ماکزیمم احتمال به کار گرفته می­شود. رایج­ترین شیوه تصحیح خطا در میان شیوه­های دیکدینگ ماکزیمم احتمال، الگوریتم ویتربی است. ترکیب کدینگ کانولوشنال و الگوریتم ویتربی، یک تکنیک تصحیح خطای مناسب به حساب می­آید.

با وجود این­که این روش­های تصحیح خطا بسیار پرکاربرد می­باشند ولی الگوریتم ویتربی برای دستیابی به دقت بیش­تر نیاز به افزایش پیچیدگی سخت­افزاری دارد که پیاده­سازی آن را بر روی پردازنده­های DSP دشوار می­سازد. توپولوژی FPGA و ابزارهای طراحی الکترونیکی خودکار (EDA) امکان تحقق ویتربی با بازدهی از مرتبه گیگا بیت بر ثانیه را بدون استفاده از پردازنده یا حافظه­های خارج از تراشه فراهم می­کنند. ضمنا دارای انعطاف­پذیری بوده و امکان استفاده بهینه از ادوات را فراهم می­آورد به گونه­ای که هم فضای بُرد و هم توان سیستم را حفظ می­نماید. از این­رو پیاده­سازی دیکدر ویتربی بر روی FPGA تبدیل به یک چالش مهم شده است.

 هدف از این پایان نامه طراحی الگوریتم ویتربی با استفاده از روش trace-back  است که در آن مصالحه بین کارایی و سطح تراشه بهبود پیدا کند. پس از توصیف دیکدر به زبان VHDL، شبیه­سازی سخت­افزاری بر روی تراشه FPGA StratixIV  و شبیه­سازی هم­زمان SIMULINK و Modelsim برای آن صورت گرفته و نتایج در قالب نرخ خطای بیت، میزان منابع مصرفی و توان بیان شده­اند.

کلمات کلیدی: کدینگ، کانولوشنال، دیکدینگ، دیکدر ویتربی، DSP، FPGA

 

 فهرست مطالب

چکیده فارسی……………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول………………………………………………………………………………………………………………………………2

مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………2

1-1 ساختار پایان­نامه………………………………………………………………………………………………………………5

فصل دوم. کدینگ کانال… …………………………………………………………………………………. ….. …. ……6.

2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………….7

2-2 کدینگ…………………………………………………………………………………………………………………………10

2-2-1 کدهای بلوکی……………………………………………………………………………………………. …….. ….. 10

2-2-2 کدهای کانولوشنال………………………………………………………………………………………. …………12

2-3 نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………18

 فصل سوم…………………………………………………………………………………………………………………………..19

الگوریتم و دیکدر ویتربی………………………………………………………………………………………………………19

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..20

3-2 الگوریتم ویتربی…………………………………………………………………………………………………………….20

3-2 دیکدینگ ترتیبی……………………………………………………………………………………………………………20

3-2-1 دیکدینگ ویتربی…………………………………………………………………………………………. … ……..20

 3-2-2-1 دیکدینگ ویتربی تصمیم سخت……………………………………………………….. ……. ……….21

  3-2-2-2 دیکدینگ ویتربی تصمیم نرم……………………………………………………………. ……….. …..30

3-3 طراحی دیکدر ویتربی……………………………………………………………………………………………………36

3-3-1 طراحی BMU…………………………………………………………………………………………….37

3-3-2 طراحی PMU……………………………………………………………………………………………..37

3-3-3 واحد SMU………………………………………………………………………………………………..40

          3-3-3-1 شیوه تبادل رجیستر…………………………………………………………………………. ……..41

          3-3-3-2 شیوه trace-back………………………………………………………………………… ……..42

3-4 مروری بر کارهای انجام شده………………………………………………………………………………………….45

فصل چهارم……………………………………………………………………………………………………………………….52

شبیه­سازی سخت­افزاری دیکدر ویتربی……………………………………………………………………………….52

4-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………..53

4-2 فرآیند طراحی محاسبات قابل پیکربندی…………………………………………………………………………..53

4-2-1 شبیه­سازی سطح بالا………………………………………………………………………………………54

4-2-2 توصیف VHDL…………………………………………………………………………………………54

4-2-3 شبیه­سازی هم­زمان HDL……………………………………………………………………………….55

4-2-4 شبیه­سازی سخت­افزاری…………………………………………………………………………………55

4-3 شبیه­سازی در محیط SIMULINK……………………………………………………………………………………..56

4-3-1 بررسی عملکرد کدهای کانولوشنال به همراه دیکدر ویتربی………………………………..61

           4-3-1-1 خطا و کران متحد……………………………………………………………………………. .. …61

4-3-2 عملکرد کد کانولوشنال…………………………………………………………………………………..63

4-3-3 تصمیم سخت یا نرم………………………………………………………………………………………66

4-4 توصیف VHDL سیستم……………………………………………………………………………………………….67

4-4-1 واحد BMU…………………………………………………………………………………………………69

4-4-2 واحد ACS………………………………………………………………………………………………….69

4-4-3 واحد trace-back…………………………………………………………………………………………70

4-5 شبیه­سازی هم­زمان HDL سیستم…………………………………………………………………………………..76

4-6 نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………81

فصل پنجم…………………………………………………………………………………………………………………………82

نتیجه­گیری و کارهای آینده…………………………………………………………………………………………………..82

5-1 نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………83

5-2 کارهای آینده………………………………………………………………………………………………………………..84

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………..85

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………………89

فهرست جداول

جدول2-1 مقادیر چندجمله­های مولد و نحوه اتصال رجیسترها برای کد با نرخ 2/1…………………….15

جدول3-1 مقادیر معیارهای مسیر انتخاب شده برای پیام 8 بیتی ………………………………………………..29

جدول3-2 پیشینه حالت­های بازمانده………………………………………………………………………………………29

جدول3-3 شماره حالت­های منتخب در Trace-back……………………………………………………………….29

جدول3-4 تعیین بیت موردنیاز برای گذار از یک حالت به حالت دیگر……………………………………….30

جدول4-1 عبارات الگوریتمی برای محاسبه فاصله همینگ ……………………………………………………….69

جدول4-2 نتایج سنتز دیکدر سخت با نرخ کد 2/1 و طول محدود 7………………………………………….72

جدول4-3: مقایسه عملکرد دیکدر طراحی شده با مراجع دیگر…………………………………………………………..76

فهرست شکل­ها

شکل2-1 یک سیستم ارتباطی دیجیتال………………………………………………………………………………………9

شکل2-2 انکدر چرخه­ای برای کدهای بلوکی………………………………………………………………………….12

شکل2-3 یک انکدر کانولوشنال ساده با 3=k و 2/1=R…………………………………………………………….14

شکل2-4 دیاگرام حالت یک انکدر کانولوشنال با3=k و 2/1=R…………………………………………………17

شکل2-5 نمودار شبکه­ای برای انکدر شکل2-2……………………………………………………………………….18

شکل3-1 مدل کانال ارتباطی با کد کانولوشنال و دیکدینگ ML……………………………………………….22

شکل3-2 شبکه و معیارهای مسیر در t=1……………………………………………………………………………….24

شکل3-3 شبکه و معیارهای مسیر در t=2……………………………………………………………………………….24

شکل3-4 شبکه و معیارهای مسیر در t=3……………………………………………………………………………….25

شکل3-5 شبکه و معیارهای مسیر در t=4……………………………………………………………………………….26

شکل3-6 شبکه و معیارهای مسیر در t=5……………………………………………………………………………….26

شکل3-7 شبکه و معیارهای مسیر در t=6……………………………………………………………………………….27

شکل3-8 شبکه و معیارهای مسیر در t=7……………………………………………………………………………….27

شکل3-9 شبکه و معیارهای مسیر در t=8……………………………………………………………………………….28

شکل3-10 توزیع احتمال نرمال یک متغیر تصادفی…………………………………………………………………..31

شکل3-11 شبکه و معیارهای مسیر در t=1……………………………………………………………………………..33

شکل3-12 شبکه و معیارهای مسیر در t=2……………………………………………………………………………..34

شکل3-13 شبکه و معیارهای مسیر در t=3……………………………………………………………………………..34

شکل3-14 شبکه و معیارهای مسیر در t=4……………………………………………………………………………..35

شکل3-15 شبکه و معیارهای مسیر در t=5……………………………………………………………………………..35

شکل3-16 دنباله دیکد شده 10100 برای رشته بیت نویزی 3 -4 -4-2 33 13 -4 -4……………………..36

شکل3-17 نمودار بلوکی یک دیکدر ویتربی با ترخ کد 2/1………………………………………………………37

شکل3-18 نمودار پروانه­ای برای واحد ACS………………………………………………………………………….38

شکل3-19 معماری واحد ACS…………………………………………………………………………………………….39

شکل3-20 یک معماری PMU nحالته با نرخ 2/1 که مقادیر معیار حالات را محاسبه می­نماید……….40

شکل3-21 تبادل رجیستر 4 حالته برای طراحی SMU………………………………………………………………41

شکل3-22 نحوه انتقال داده در انکدر با حالت کوتاه شده………………………………………………………….43

شکل3-23 نحوه انتقال داده در انکدر با حالت تمام ترلیس………………………………………………………..44

شکل3-24 معماری و مسیر جریان داده برای مرجع ]40[………………………………………………………….49

شکل3-25 طراحی دیکدر ویتربی در مرجع ]41[…………………………………………………………………….50

شکل4-1 طراحی محاسبات قابل پیکربندی……………………………………………………………………………..54

شکل4-2 طراحی سیستم در محیط SIMULINK…………………………………………………………………….56

شکل4-3 خروجی مولد داده باینری………………………………………………………………………………………57

شکل4-4 انکدر کانولوشنال برای 3=K……………………………………………………………………………………57

شکل4-5 خروجی واحد انکدر کانولوشنال……………………………………………………………………………..58

شکل4-6 خروجی واحد مدولاسیون………………………………………………………………………………………58

شکل4-7 سیگنال پس از دمومدولاسیون………………………………………………………………………………….59

شکل4-8 خروجی دیکدر……………………………………………………………………………………………………..60

شکل4-9 پدیده خطا در دیکدینگ ویتربی……………………………………………………………………………….62

شکل4-10 BER حاصل از شبیه­سازی و کران متحد…………………………………………………………………63

شکل4-11 نمودار BER برای دیکدر نرم به ازای نرخ کدهای مختلف………………………………………..64

شکل4-12 نمودار BER برای دیکدر نرم با 2/1=R و به ازای kهای مختلف………………………………65

شکل4-13 نمودار BER برای دیکدر سخت با 2/1=R و به ازای kهای مختلف…………………………66

شکل4-14 نمودار BER برای دو نوع دیکدر سخت و نرم به ازای2/1=R و 7=k…………………………66

شکل4-15 الگوریتم دیکدینگ ویتربی…………………………………………………………………………………….67

شکل4-16 نمای RTL دیکدر ویتربی……………………………………………………………………………………..68

شکل4-17 دیاگرام نموداری واحد BMU……………………………………………………………………………….69

شکل4-18 نمای RTL واحد ACS………………………………………………………………………………………..70

شکل4-19 نمای RTL نمودار پروانه­ای…………………………………………………………………………………..70

شکل4-20 نمای RTL واحد کلی Trace-back……………………………………………………………………….71

شکل4-21 نمای RTL واحد Trace-back………………………………………………………………………………71

شکل4-22 توان مصرفی به ازای طول محدودهای مختلف…………………………………………………………73

شکل4-23 منابع مصرفی به ازای تغییر طول محدود دیکدر……………………………………………………… 74

شکل4-24 مدل طراحی شده برای شبیه­سازی هم­زمان HDL…………………………………………………… 77

شکل4-25 نتایج حاصل از شبیه­سازی هم­زمان HDL……………………………………………………………… 78

شکل4-26 نمودار BER برای دیکدر سخت به ازای k های مختلف…………………………………………. 80

شکل4-27 نمودار BER برای دیکدر نرم به ازای k های مختلف……………………………………………… 80

شکل4-28 نمودار BER برای دیکدر نرم و سخت…………………………………………………………………..81

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “دانلود پروژه:طراحی و پیاده‌سازی الگوریتم ویتربی بر روی تراشه‌های FPGA”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo