基于FPGA的喷泉码编译码器设计与实现.pdf

摘要

在类似网络通信的高速通信过程中，传统的编译码方式和通信协议的误码

率较高，往往需要大量的纠错译码才能接收到正确的信息，所带来的资源消耗

也较大。这种环境下，十分需要一种高效的编码方案来满足目前的通信要求，

数字喷泉码正是为了解决这一问题而被提出的。

本文首先介绍了数字喷泉码目前的研究状况、将来的发展变化和本课题的

来源。随后针对两种常见的数字喷泉码详细分析了其编码方式，并给出了几种

度分布函数的性能分析。对于数字喷泉码的两种译码算法，对比了最大似然译

码算法和置信传播译码算法的性能差异，本文采用复杂度低的置信传播译码算

法作为译码器的译码算法。

其次，给出了基于鲁棒孤波分布的LT码编码器和BP算法的译码器的理论设

计。本文针对鲁棒孤波分布中的4个主要参数：原始信息包长度、译码器允许的

最大失败概率、丢包率和待优化的常数c，利用控制变量法，对于每一组参数重

复进行测试，得到了满足本次设计的最佳参数组合。基于此，完成了LT码编译

码器的理论设计。

再次，在搭载有XILINX公司所生产的Virtex-5芯片的FPGA上实现了高速率

LT码的编译码器设计。首先完成了鲁棒孤波分布的概率生成，并在此基础上，

完成了100个原始信息包的编译码操作，其中每个编码包中包含8比特的数据，

在此基础上，将每个信息包中的数据扩展到24个比特，使得编码器的数据处理

速度达到了10.24Mbps，译码器的速度达到了4.48Mbps。而后采用Chipscope和

Isim等工具对实验平台的各个模块功能进行了测试，证明了编译码器设计的正

确性。

最后，利用RS-232串口完成了LT码编译码器的功能测试。在FPGA单板上不

同丢包率的模拟二元删除信道上串行传输编码包，得到了译码结果并利用

Chipscope和串口调试助手等工具进行了译码性能的分析，从而验证了本论文设

计的正确性。

关键词：FPGA开发；数字喷泉码；LT码；鲁棒孤波分布

Abstract

Inthehigh-speednetworkcommunication,theerrorrateofthetraditional

encodinganddecodingmethodandcommunicationprotocolishigh.Andalso,the

resourceconsumptionisverylarge.Itoftenrequiresalotoferrorcorrectionand

decodingtoreceivethecorrectinformation.Underthesecircumstances,weurgently

needanefficientencodinganddecodingmethodtomeetthecurrentneeds.Digital

fountaincodesareputforwardtosolvethisproblem.

Firstly,thispaperintroducesthecurrentresearchstatus,futuredevelopmentand

sourceofthedigitalfountaincode.Theencodingmethodisanalyzedindetailfortwo

commondigitalfountaincodes,andtheperformanceanalysisofsomedegree

distributionfunctionsisgiven.Forthedecodingmodeofdigitalfountaincode,the

performancedifferencebetweenthemaximumlikelihooddecodingalgorithmandthe

confidencepropagationdecodingalgorithmisanalyzed.Theconfidencepropagation

decodingalgor