Efficient implementation of viterbi decoder on FPGA using soft decision decoding

Abstract

İleri hata düzeltme olarak da bilinen evrişimli kodlama, gürültü dayanıklılığını artırmak için kablosuz ve uzay iletişim sistemlerinde sıklıkla kullanılır. Veriler öncelikle bir evrişimli kodlayıcı kullanılarak kodlanır ve orijinal veriler bir Viterbi kod çözücü kullanılarak kurtarılır. Kablosuz erişim sistemi için evrişimli kodlayıcı ve yumuşak çıkışlı Viterbi kod çözücünün modellenmesi bu tezin ana konusudur. Yumuşak karar Viterbi kod çözücü, evrişimli kodlama ile Öklid mesafe yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Bu uygulama FEC algoritması kullanılarak yapılmıştır. MATLAB ve VHDL uygulamalarının sonuçları farklı bit genişliği, uzunluk ve çerçeve boyutunda karşılaştırıldı. Bu tez öncelikle kodlayıcının çalışmasını açıklamaktadır. Daha sonra dijital haberleşmede iletilen sinyalin alıcıya ulaşma süresi boyunca hangi aşamalardan geçtiğini söyler. Yumuşak kod çözme yöntemi uygulanarak ve kanal gürültüsü eklenerek, iletilen bit'e karşılık gelen hata bit hızının modellenmesi de gösterilmektedir. Bu yöntem MATLAB kullanılarak gösterilmiş, ardından VHDL dilinde soft karar Viterbi kod çözücü ile uygulaması ve simulasyonu yapılmıştır. Bu tez, sayısal çıkışlı viterbi kod çözücünün çalışmasını göstermektedir. Sayısal çıkışlı viterbi kod çözücü, konvolüsyonel kodlama kullanılarak öklit mesafe yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Bu tez ilk olarak kodlayıcının çalışmasını açıklar. Bu yöntem MATLAB kullanılarak gösterilmiştir ve soft output decision viterbi kod çözücü vhdl dili ile uygulanmakta ve benzetilmektedir.Convolutional coding, also known as forward error correction, is frequently used in wireless and space communication systems to increase noise robust. The data is primarily encoded using a convolutional encoder and the original data is recovered using a Viterbi decoder. The modeling of a convolutional encoder and soft output Viterbi decoder for wireless access system is the main topic of this thesis. Soft decision Viterbi decoder is designed using the Euclidean distance method with convolutional coding. This implementation was done by using FEC algorithm. Results of MATLAB and VHDL implemantations were compared at different bit witdh, length and frame size. This thesis first explains the operation of the encoder. Then, it tells what stages the transmitted signal goes through during the time of reaching to the receiver during digital communication. By applying soft decoding method and adding channel noise, the modelling of the error bit rate corresponding to a transmitted bit is also shown. This method has been demonstrated by using MATLAB then its application and simulation has been done with the soft decision Viterbi decoder in VHDL language. This thesis shows the working of soft output viterbi decoder. Soft output viterbi decoder was designed by using eucliean distance method using convolutional encoding. This method is demonstrated by using matlab and soft output decision viterbi decoder is implemented and simulated by using vhdl language.