基于以太网接口的Turbo码编译码系统FPGA实现

摘要

Turbo码作为20世纪末通信行业最伟大的技术成就之一，它的提出在信道编码领域具有里程碑式的意义。它不仅拥有接近于Shannon限的性能，更为我们研究编码理论提供了新的思路和手段。Turbo码以其优越的性能得到了广泛的应用，自然也成为人们竞相研究的焦点。本文以Turbo码的研究为出发点，立足于Turbo码的硬件实现，并在Turbo码的研究基础上搭建了一个硬件通信平台，方便了对Turbo码硬件性能的分析。
　　本文首先对Turbo码的基本理论进行了系统的研究，介绍了Turbo码编译码器的基本结构，推导了MAP类算法；同时进行了性能仿真，分析了影响Turbo码性能的因素。然后，利用滑窗算法的设计思路完成了Turbo码编译码器的FPGA实现。最后，为了能够灵活有效地对 Turbo码的编译码器的硬件性能进行分析，提供了一种硬件系统解决方案。通过使用应用广泛的以太网技术搭建了编码器和译码器的联调系统。利用WinPcap技术，以以太网接口为桥梁实现了FPGA开发板和PC机之间的信息交换和处理，进而完成了整个基于以太网接口的Turbo码编译码系统的硬件实现。其间本文也对千兆以太网接口的FPGA实现进行了研究和设计。在系统测试上，给出了每一个数据处理过程的详细设计和仿真结果。为了完善整个系统，不仅考虑了收发包之间间隔时间的设置，而且在长帧的处理及其拆包、组包的设计上进行了相应的研究。最终完成了整个Turbo码硬件系统的设计和仿真，并分析和比较了硬件性能和浮点、定点量化处理性能之间的差别，达到了预期的设计要求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 信道编码技术的发展

1.3 Turbo码的研究现状

1.4 基于以太网接口的整个编译码系统的研究意义

1.5 本文结构安排

第二章 Turbo码的基本原理

2.1 Turbo码的编码原理

2.2 Turbo码的译码原理

2.3 Turbo码译码算法

2.4 各种参数下的性能比较

2.5 本章小结

第三章 千兆以太网通信平台的研究和实现

3.1 千兆以太网标准

3.2 基于Virtex-6的千兆以太网的解决方案

3.3 以太网接口的硬件实现

3.4 WinPcap的原理及其实现

3.5 基于WinPcap的整个以太网通信平台的调试

3.6 本章小结

第四章 Turbo码编译码器的硬件实现

4.1 Turbo码编码器的硬件实现

4.2 基于滑窗算法的Turbo码设计思路

4.3 数据的定点量化

4.4 Turbo码译码器的硬件实现

4.5 本章小结

第五章 基于以太网接口的Turbo码编译码系统的实现

5.1 整个系统的设计方案

5.2 整个系统的联调实现

5.3 系统测试仿真结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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