基于c语言的rs73编码器设计毕设论文.docx

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基于c语言的rs73编码器设计毕设论文

分类号编号

某某大学

毕业论文（设计）

基于C语言的RS（7,3）编码器设计

DesignandImplementationofRS（7,3）EncoderBasedonC

申请学位：

工学学士

院系：

电子信息学院

专业：

通信工程

某某大学毕业论文（设计）任务书

院（系）：

姓名

学号

毕业届别

2009

专业

通信工程

毕业论文（设计）题目

基于C语言的RS（7,3）编码器设计

指导教师

学历

研究生

职称

讲师

所学专业

通信与信息系统

具体要求（主要内容、基本要求、主要参考资料等）：

主要内容：

研究纠错码的基本理论和数学基础，学习循环码，BCH码，RS码等几种常见的纠错码，研究它们的编码、解码原理。

重点研究RS编码原理及实现方法。

应用C语言进行RS编码器的软件设计，并选用MATLAB对编码结果进行验证。

基本要求：

应用C语言进行有限域乘法器、RS编码器的仿真设计，并利用TLAB对编码结果进行验证，实现编码功能。

参考资料：

1.王新梅，肖国镇.纠错码——原理与方法.西安电子科技大学出版社.2002.

2.张鸣瑞，邹世开.编码理论.北京航空航天大学出版社.1990.

3.曹雪虹，张宗橙.信息论与编码.清华大学出版社.2004.

4.叶才炜,李式巨.RS编译码的c语言实现.无线电工程第33卷第8期.

5.孙屹，李妍.MATLAB通信仿真开发手册.北京：

国防工业出版，2005

进度安排：

2008-2009-1学期第8周—第16周，选定毕业论文题目、进行开题。

2008-2009-2学期第1周—第4周，查阅资料，完成相关文献翻译。

2008-2009-2学期第5周—第8周，有限域乘法器、RS编码器的软件设计。

2008-2009-2学期第8周—第13周，设计结果的Matlab验证，撰写论文。

2008-2009-2学期第14周—第15周，论文答辩。

指导教师（签字）：

年月日

院（系）意见：

教学院长（主任）（签字）：

年月日

备注：

[摘要]RS（Reed-Solomon）码是一种多进制的BCH码。

既适宜纠正随机错误，更适宜纠正突发错误，因而被广泛地用于各种通信系统及数据存储中，如深空通信、移动通信、光纤通信、磁盘阵列、DRAM、光盘数字视频广播（DVB）等系统。

本论文重点介绍了纠错码基本理论，有限域乘法器、RS码编码原理。

利用C语言实现了RS（7,3）码的编码器和伽罗华域GF（）内的乘法器的设计，并通过Matlab仿真对编码器结果进行验证，程序输出结果与验证结果一致，表明所设计的编码器和乘法器算法能够满足设计要求。

[关键词]Reed-Solomon码；乘法器；编码器

[Abstract]RS（Reed-Solomon）codeisanM-arycodeoftheBCH.Appropriatetocorrectrandomerrors,andmoreappropriatetocorrecttheunexpectederror,ithasbeenwidelyusedinvariouscommunicationssystemsanddatastorage,suchasdeep-spacecommunication,mobilecommunication,opticalfibercommunication,diskarray,DRAM,CD-ROMsDigitalVideoBroadcasting（DVB）systems.

Thepaperfocusesonthebasictheoryoferror-correctingcodes,andfinitefieldmultiplier,RScodingprinciple.ThenimplementRS（7,3）encoderandGF（）multiplierwithlanguageC.AndtestedbyMatlabsimulation.TheresultsofRSencoderarecorrecr,whichprovethedesignoftheRSencoderandfinitefieldmultipliercanmeettherequirementoftheusement.

[Keywords]RS（Reed-Solomon）code；encoder；Multiplier

1绪论

1.1课题研究的意义及背景

信息的交换、处理和传输是现代通信的任务。

数字信号经过传输，会产生错误。

可靠的数字通信系统必须将差错率控制在允许的范围内。

提高信息传输的可靠性和有效性，始终是通信工作所追求的目标。

而纠错码技术是提高信息传输可靠性的一种重要手段。

所有的数字通信系统如通信、雷达、遥控遥测、数字计算机的存储系统和内部运算以及数字计算机之间的数据传输等，都可归结成如图1-1所示模型

图1-1通信系统模型

我们关心的是图中的信道编、译码器即纠错编、译码器两个方框。

信道编码器对信息序列进行编码，增加冗余度。

当码元经信道传输产生错误时，译码器可以检出或纠正错误。

所编的具有检错或纠错能力的码就称为纠错码。

随着信息时代的到来和微电子技术的飞速发展，纠错码技术已成为一门标准技术而被广泛应用。

研究纠错码是一项理论性与实践性均很强的工作。

在通信领域中，CRC循环校验已成为各类线路传输中必不可少的一部分。

在移动通信中，纠错码被广泛应用于模拟体制的信令传输及数字体制的整个传输，以提高传输的可靠性和节省珍贵的频谱资源；在电话网的数据传输中，纠错码、差错控制技术已是高速数据传输成为现实的关键技术。

纠错码技术还广泛应用于计算机存储和运算系统中。

1.2RS码的国内外发展状况

RS（Reed-Solomon）码是差错控制领域中一类重要的线性分组码，由于具有很强的纠错能力，具有同时纠正突发错误和随机错误的能力，因而被广泛地应用于各种现代通信系统中，以满足对信道可靠性的要求。

很多国际标准采用了RS码例如空间数据系统咨询委员会在遥测信道编码的建议书中将RS（255，223）系统码作为标准使用。

美国的蜂窝数字分组数据系统（CDPD）中采用了m=6的RS（63，47）码。

RS码也是空间应用存贮器系统中的首选码。

故自RS码出现以来，便一直是国际通信领域研究的热点问题之一。

对于RS码的编译码器，现有的专用集成电路（ASIC）大部分是数字电视广播（DVB）的RS（204,188）和深空卫星通信系统中用的RS（255,223）码。

在可编程逻辑器件上做RS码编码器的很多，而把RS码译码器也做在可编程逻辑器件上的很少。

对于低速率码流，国内外大部分都是用单片机和DSP来实现。

究其原因，是因为RS码编码器比较简单，而译码器的算法比较复杂，而c语言对于算法的描述比用HDL（硬件描述语言）要方便的多。

使用硬件描述语言设计高速执行的芯片，这种设计是富有挑战性和花费时间的，需要一定的硬件工程技巧，并且需要用到的芯片资源比较多（上万门）。

以前的PLD或达不到所需的要求或价格昂贵，EDA软件功能也有限，往往对于复杂算法的综合能力很差。

而现在，随着芯片价格的下调和集成的提高，以及功能强大的EDA软件的帮助，将有能力把译码器做在便宜的FPGA上。

虽然可编程逻辑器件供应商Altera公司及Xilinx公司可提供IP软核，但它需要授权使用，并且它提供的软核也是在可实现DVB译码的基础上再考虑其它码率的RS码，所以效率低，器件资源消耗比较多。

而且它只提供编译后的.vho文件，不提供源代码。

从RS纠错编译码的设计到实现过程相当复杂，随着VLSI（超大规模集成电路）技术的发展，高集成度电路为其庞大的编译码设计提供了强大的硬件支撑。

正因为有超大规模集成电路出现，RS码在通信领域被广泛应用。

目前实现RS编译码的方法有如下几种：

1．采用一些厂家提供的功能特定的RS编译码芯片。

这种方案用户可以不必关心RS编译码器的内部结构，只要了解如何使用这个芯片就行了。

这种市售的RS芯片通常是为了满足特定的功能要求而设计的，其功能的配置虽也可做部分调整，但局限性较大，灵活性较差，而且资源浪费多，引脚数目也多。

2.利用可编程的数字信号处理（DSP）芯片实现RS编译码功能。

这种方案DSP芯片的设计者必须对RS编译码的算法有深入了解。

这种方法灵活，用户通过修改软件代码的办法对RS编译码的参数和功能做出较大的调整。

这种方法的缺点是DSP芯片的价格比较昂贵、编译码的速度受限制。

3.利用FPGA技术，以配置FPGA器件的方式实现RS编译码。

采用这种方案，即通过配置FPGA来完成RS编译码的方法，是目前看来最好的一种方法。

因为FPGA作为一种高密度可编程逻辑器件，可以反复编程，具有很好的灵活性，便于修改RS编译码的参数。

用FPGA实现的RS编译码器速度很快，运算速度远高于DSP编程的方法。

另外这种方法还可以根据实际要求，把RS编译码器的周围的一些相关电路也集成在同一片FPGA芯片里。

这样一来既充分利用了器件资源，又提高了产品集成度和可靠性，减少了功耗，降低了成本，而且使电路性能得到明显提高。

正因为基于FPGA的RS码实现方式有如此显著的优势。

随着研究与应用的不断发展，RS码硬件译码器的实现已呈现出模块化的设计形式。

这样的设计形式一般可分为五个部分：

1）计算校验子2）求解关键方程3）求取错误位置4）求取错误值5）纠正错误。

上述五个部分的具体关系如图1-2：

图1-2RS译码原理

2纠错码的基本理论

2.1纠错码简介

纠错码的产生源于1948年ClaudeShannon的著名论文“Amathematicaltheoryofcommunication”的发表。

而Shannon提出的信道编码定理正是为纠错码的发展奠定了理论基础。

这是因为在Shannon提出信道编码定理之前，工程师们仅仅知道只有无限能量或无限带宽才能保证噪声信道中的消息能够可靠传输;但是，信道编码定理提出之后，工程师们意识到建立一条太好的通信信道是不值得的，而有效地使用纠错码的能力才是合理的。

可惜的是，Shannon只是证明了合适码字的存在，而并没有阐述如何去获得合适的码字。

所以，在上世纪的整个50年代，主要的工作在于寻找能够产生低误码率的码型构造方法，但结果却不如人意；到了60年代，纠错码研究开始从两个方向进行长期的发展。

纠错码研究的第一个方向是在码字的构造中引入代数结构，其中的研究成果集中在分组码的研究。

在1950年，Hamming第一次描述了一类具有单个纠错能力的分组码——Hamming码。

由于Hamming码存在一定的局限性，所以人们在往后的10年里坚持不断地向着Shannon指出的方向努力。

尽管如此，在1960年以前，人们仍然无法找到比Hamming码更好的一类码型。

同时，在这段岁月里，许多长度较短的分组码仍然不断地被人们发现了。

但是，这些分组码都没有一般的理论基础。

而到了1960年，重大的突破终于发生了。

这就是Bose,Ray-Chaudhuri（1960）和Hocquenghem（1959）发现了一类具有多个纠错能力的分组码BCH码，以及Reed和Solomon（1960）发现了适用于非二元信道的分组码——Reed-Solomon码。

至此以后，由于这个领域的理论得到了很大的发展，所以在往后的岁月中，新的码型也不断地被发现。

BCH码的发现同时带动了在软件和硬件上设计有效编译码算法的研究。

第一个好的译码算法是由Peterson提出