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无线光通信中Viterbi译码器FPGA设计实现

徐东镪  
【摘要】: 紫外光通信是基于大气散射和吸收的无线光通信技术。分子(颗粒)的强吸收作用使得在近地面太阳光没有紫外光波段,属于日盲区,减少了对紫外发射光源的干扰。紫外光通信以紫外日盲区的光谱为载波,信息电信号调制加载在紫外光上,通信系统的发射端和接收端通过初定位和调整,然后以自由空间和大气为信道来传输信息。紫外光通信与其他传统的通信方式相比更加隐秘,需要的发射功率大大降低,在通信范围以外很难被截收,非常适用于短距离、窄带宽、能量受限的无人监管小型的地面传感系统中。 由于在受到雨、雪、雾、云和湍流等的影响时,大气传输信道受限并且不稳定,紫外信号衰减严重,产生随机错误甚至突发错误,从而影响紫外通信质量。为了提高紫外信道的传输特性,就必须采用信道编码技术。本文在研究紫外光大气传输模型的基础上,提出了基于紫外光传输信道的卷积码和Viterbi译码的FPGA设计方法,本文的主要研究内容和工作有如下几个方面: ①回顾了紫外光通信发展的历程,紫外光通信的潜在应用,相比常规通信的优势以及紫外光通信的缺点,由此引入信道编码技术,介绍了目前流行的信道编码技术并重点研究了卷积码和Viterbi译码。 ②重点研究了紫外光大气传输特性,同时结合实际情况,引入非直视单散射信道模型。并用数学方法分析了非直视单散射信道Luettgen模型。分析了三种不同的非直视单对单传输系统模式,给出了系统性能指标参数,并从不同角度对模型进行仿真和计算,并得出相应结论。 ③采用VHDL语言设计了Viterbi译码器,采用八电平量化软判决和并行结构,提高了译码速度,引入信息存储和管理对传统的寄存器交换法进行改进。对Viterbi译码器各个模块进行了分析和仿真,并在QUARTUSII软件上进行了下载验证。 本文所提出的基于紫外光大气传输信道的(2,1,7)Viterbi译码器,电路设计简单,采用VHDL语言编写,下载到FPGA芯片上,完全可以满足正常紫外光通信的需要。随着对紫外光通信的研究和发展,特别是大容量信道,将采用更为复杂的译码。


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