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標題: 維特比編碼譯碼器 Viterbi譯碼算法 verilog代碼 [打印本頁]

作者: gugumeituo 時間: 2022-3-28 20:27
標題: 維特比編碼譯碼器 Viterbi譯碼算法 verilog代碼

本壓縮包中包含維特比編碼和譯碼的全部verilog代碼，包含測試代碼和部分仿真結果

Viterbi 算法是一種最大似然譯碼算法，它是通過計算累積漢明距離，在卷積網絡圖上尋找一條與接收碼字具有最小漢明距離的最大似然路徑。 Viterbi 譯碼算法不需要把每一條路徑都與接收碼字進行比較，而是接收一組碼字，計算一組距離，比較一組路徑，選擇其中“最大”分支度量，再進行下一輪的比較。當接收完所有碼字（多組碼字）時，幸存下來的那條路徑就是我們要尋找的最大似然路徑度量路徑。 Viterbi 譯碼的總體流程是比較各分支的度量值，選擇一段最可能的分支，更新狀態的度量，并根據比較結果獲得狀態轉移表，最后通過狀態轉移表的回溯算法完成譯碼

總體：大致下面幾個模塊。我們的卷積碼是（2，1，9），所以有256個狀態。首先是control模塊輸出所有控制信號，保證其他模塊有序譯碼。然后是bmg模塊，根據輸入的卷積碼CODE，判斷256個狀態512個分支的漢明距，即分支度量值，發送給acs.然后asc模塊從RAM里面的metricmemory里面取出前一級的256個狀態路徑度量值，與bmg送來的漢明距離，相加以后，進行比較，選擇路徑度量值較小的分支，最終得到256個狀態的路徑度量值，存儲到RAM，并且把256個狀態里面最小狀態傳給TBU回溯模塊。把256個狀態的幸存比特信息傳給MMU。MMU一次從ACS得到4個狀態的幸存比特信息，將其拼接成8個狀態，存入RAM中。然后當TB-EN使能信號有效，開始回溯時，TBU模塊給RAM發11位的地址，從RAM里面尋找當前狀態的幸存比特信息，RAM把信息傳給MMU,通過MMU傳給TB模塊。最后TB模塊輸出解碼。

testbench.v

建立原始時鐘信號，時鐘周期是100ns，頻率10MHz。再建立復位信號，低有效。Active信號為1，開始工作。創建編碼器時鐘D_CLOCK。

最后設置輸入碼字X或者卷積碼code。T=DPERIOD=64*400ns。實例化編碼器，輸出卷積碼。實例化解碼器，輸出解碼。

DPERIOD =128*200=64*400，ACS模塊時鐘是clock1,2，周期是400.ACS模塊里面有四個并行加比選單元，一個周期完成四個狀態的加比選。然后迭代64次，才完成256個狀態加比選，所以需要64個clock2。

仿真結果：

1.帶有編碼器。輸入碼字X給卷積編碼器，編碼器輸出卷積碼CODE給解碼器，解碼器輸出DECODEOUT。如圖正確解碼。

下面兩圖是輸入碼字X,和解碼輸出碼字DecodeOut,我們可以直觀地看出兩者一致。

2.不帶編碼器。直接輸入卷積碼CODE給解碼器，解碼器輸出DECODEOUT。如圖正確解碼，下圖的輸入卷積碼是和上圖X輸入，在編碼器生成的卷積碼一致。有圖可見，波形一致，仿真正確。

3.維特比譯碼有一定的糾錯能力，下圖驗證。因為維特比會選擇一個路徑度量最小的狀態回溯，也即差錯最小。可以看到錯誤代碼中，lowestmetric不再為0，說明有差錯，差錯狀態的路徑度量值為10h.

correctcode代碼

errorcode代碼

control.v

功能：控制器模塊//向各個模塊發送控制信號，保證各模塊有序進行解碼

input Reset, CLOCK, Active; //復位信號，低有效；原始時鐘；開始工作信號

output [`WD_FSM-1:0] ACSSegment; //迭代次數64， 6bit

output [`WD_DEPTH-1:0] ACSPage; //輸出碼字信號 6bit

output Clock1, Clock2; //clock的四分頻，有相位差

output Hold, Init, CompareStart; //碼字結束；開始；比較開始（ACS）

output TB_EN; //開始回溯

控制單元使用Clock1更新ACSSegment(從而更新BMG單元和ACS單元的輸出)。時鐘2用于指示何時將地址放置到地址總線。

仿真結果：

reset=0時，異步復位，Clock1 <= 0; Clock2 <= 0; ACSSegment<=111_111;

ACSPage<=111_111;Hold<= 0；Init <=0; TB_EN <= 0;CompareStart <= 0;

2.CLOCK周期為100ns

3.看出count為二分頻，最終Clock1，Clock2都為Clock的四分頻，T=400ns。

并且，Clock2超前Clock1，90度。Clock1=1100時，Clock2=1001。

因為有的信號操作需要其他信號保持一段時間。所以利用相位差90度，將有些信號在使用前設置好，防止沖突延遲。

例如ASC里面最小路徑產生模塊。其功能是找出256個狀態中路徑度量最小的狀態。它在Clock2下降沿更新最小狀態，最后在Clock1下降沿輸出。由于Clock2超前Clock1，剛好可以在更新完最后一個狀態與重新進行下次256個狀態的比較之間，輸出最小狀態。

在Clock1的上升沿。{ACSPage,ACSSegment} <= {ACSPage,ACSSegment} + 1;所以ACSSegment由000_000到111_111，然后ACSPage再加一，ACSPage對應一個碼字的輸入時間。

一個碼字的輸入時間就是計數64個ACSSegment。一個碼字在4個并行ACS單元下迭代64次，才能完成256個狀態的路徑度量值比較。

Init信號標志著一個碼元處理的開始，在Clock1的上升沿，且ACSSegment=3F的時候為1,持續一個Clock1。

Hold信號標志著一個碼元處理的結束，在Clock1的上升沿，且ACSSegment=3EH的時候為1，持續一個Clock1.

5.ACSPage = 'h3E且ACSSegment = 'h3F時，TB_EN為1，TB單元使能，路徑開始回溯。

6.在Clock2的上升沿。comparecount計數到8以后并且ACSSegment = 6'h3F（init）。CompareStart <= 1，開始比較。對于前8個碼字不進行比較。幸存者來自“0”分支，上支路。

從全0狀態起始點開始討論。到9級及以后，每個狀態都有兩支路，才需要加比選。

acs.v

ASCUNIT模塊分為三塊。一是四個并行的ASC單元，二是RAM Interface（RAM 接口模塊），三是Lowest Pick block（最小路徑選擇模塊）。

功能：ACS 單元從路徑度量存儲模單元中取出前一時刻幸存路徑的度量值，然后與送入 ACS 單元的分支度量值累計相加進行比較，相加度量值較小的作為該狀態新的路徑度量值存入RAM里的MetricMemory以備下一時刻加比選使用。并產生幸存比特信息survivor 給MMU模塊。這個幸存信息表示在加比選操作中，表征該狀態是由前一時刻進入該狀態的哪條分支轉移而來的，當 survivor =0 時表示該狀態是由偶狀態（即上支路）轉移而來，當 survivor =1 時表示該狀態是由奇狀態（即下支路）轉移而來。

最后把256個狀態里面最小狀態傳給TBU回溯模塊。

module ACSUNIT (Reset, Clock1, Clock2, Active, Init, Hold, CompareStart,ACSSegment, Distance, Survivors,LowestState,MMReadAddress, MMWriteAddress, MMBlockSelect, MMMetric, MMPathMetric);
input Reset, Clock1, Clock2, Active, Init, Hold, CompareStart; //由control產生的控制信號。復位；時鐘1，2；開始工作；碼字開始；碼字結束；比較開始
input [`WD_FSM-1:0] ACSSegment; //由control產生，指明當前的迭代次數 input [`WD_DIST*2*`N_ACS-1:0] Distance; //來自BMG，8個距離,16位
//連接幸存路徑存儲器Survivor Memory ，MMU
output [`N_ACS-1:0] Survivors; // 4個1bit的survivor輸出 // 連接路徑回溯單元TB Unit
output [`WD_STATE-1:0] LowestState; //// 連接度量記憶單元 MetricMemory output [`WD_FSM-2:0] MMReadAddress; //5位，一次讀入8個狀態。32*8=64*4= output [`WD_FSM-1:0] MMWriteAddress; //6位，一次寫入4個狀態。64*4
output MMBlockSelect; //選擇RAMA或RAMB，乒乓操作
output [`WD_METR*`N_ACS-1:0] MMMetric; //存入MM路徑度量值，4個狀態，32位
input [`WD_METR*2*`N_ACS-1:0] MMPathMetric; //來自MM的路徑度量值，8個狀態，64位

復制代碼

仿真結果：

當輸入漢明距離Distance為16'b1000_0101_0010_0101時，即8個分支的漢明距離為2 0 1 1 0 2 1 1。如圖Distance顯示8525。并且路徑度量值MMPathMetric為全0時，進行四個狀態的加比選。經過加比選，得到四狀態的路徑度量值和幸存路徑信息，如下圖，輸出MMMetric=00_01_00_01，Survivors=0111（7），與分析相符。

當輸入漢明距離Distance為16'b1000_1000_0000_0000時，即8個分支的漢明距離為2 0 2 0 0 0 0 0。如圖Distance顯示8800。并且路徑度量值MMPathMetric為1 2 3 4 b c d e時，進行四個狀態的加比選。經過加比選，得到四狀態的路徑度量值和幸存路徑信息，如下圖，輸出MMMetric=02_04_0b_0d，Survivors=0011（3），與分析相符。

3.找到256個狀態最小狀態的功能。如圖，只有在前四個狀態八個分支輸入的Distance=16'b1000_0101_0110_0101; //2 0 1 1 1 2 1 1 ;其余情況漢明距離均為1.又因為初始存儲的路徑度量值為0.故其，路徑度量值最小的狀態為0對應的狀態，狀態號為3，和仿真一致。

4.和RAM接口模塊，存入和讀取路徑度量值。MMBlockSelect=0為A寫B讀。在下一個碼字輸入時，MMBlockSelect翻轉。例如，寫A讀B時，實現先讀取B中上一級的256個狀態路徑度量值，用于加比選，同時把加比選的結果存入A。然后下一狀態讀A寫B,交替操作，實現同時讀寫。

A,B都是64個32bit的存儲模塊。64*4*8

下圖仿真中，可以看到先是寫A讀B，在第一個碼字輸入時，取出的MMpathmetirc為0。然后第一個碼字結束后，全部存入256個狀態的路徑度量值在A中。在一個碼字來時，讀A，

MMpathmetirc先為64H0101010100010101，可以看到3-0狀態，路徑度量值為0111，和之前輸入一致。其余時刻均為64H0101010101010101（路徑度量值都是1）

output [`WD_FSM-2:0] MMReadAddress; //5位，一次讀入8個狀態。32*8=64*4

output [`WD_FSM-1:0] MMWriteAddress; //6位，一次寫入4個狀態。64*4=256

MMReadAddress <= ACSSegment [`WD_FSM-2:0]; //低五位。0-31

MMWriteAddress = ACSSegment; //寫地址6bit 為什么讀地址是五位，寫地址是6位。

因為四個狀態，有8個分支，對應著前面8個狀態。所以需要讀出8個狀態的路徑度量值。

如當 ACSSegment為ABCDEF時，他對應的4個狀態是這樣，它對應的前八個狀態一定是BCDEF對應的8個狀態。前后狀態只有一位不同，相當于右移一位，輸入放最高位。所以只需要ACSSegment低五位，就可以讀出對應的前8個狀態路徑度量值。另一方面，讀地址5BIT，尋址32個，即32*8=256，實現256個狀態的讀取。32個，32*8=256個狀態。寫地址6BIT，尋址64個，一次寫4個狀態，64*4=256，完成256個狀態的存入。

以上8個.v文件下載(verilog程序): 維特比編碼譯碼器.zip (1.49 MB, 下載次數: 87)

作者: dswaaa 時間: 2022-6-13 11:09
為什么我仿真的VD的時候，后面輸出是高阻態？？

作者: zwhzwhzwhzwh 時間: 2023-5-25 14:47
為什么沒有bmg模塊和parameter.v

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