水声OFDM系统中卷积码译码设计及其DSP实现

通过宏定义，大量的蝶形运算在编译时间里进行宏展开代入表达式，这样运算速度会比子程序设计快， 而且不需要大量的寄存器变量。程序中还定义了两个记录度量长度的数组，循环进行数组更新，不需要再定义中间变量或指针进行数组的更新，可以提升DSP运算速度。

2.2.2 软判决量度

计算接收到的比特与理论输出比特的距离度量公式为：bm[i0 i1]=metric[i0 r0]+metric[i1 r1]。其中i0、i1为理论输出数据，r0、r1为接收到的数据, metric[ ]为分支度量。软判决的分支度量值为欧氏距离，即metric[A B]=，如果直接计算，将大大增加计算复杂度。从DSP实现角度考虑，用另一个软判决量度来代替欧氏距离。此量度必须满足两个要求：(1)其大小要体现欧氏距离的大小；(2)计算简单，易于DSP实现。可以用欧氏距离平方代替欧氏距离，即metric[A B]=(A+B)2=A2+B2+2AB。由于i0、i1的值为1或-1，可以证明，对于给定的r0、r1，不同的i0、i1，计算bm[i0 i1]=metric[i0 r0]+metric[i1 r1]，其分解后的平方项都是相等的，区别仅在于2r0、2r1项前符号的正负。因此可以将软判决距离度量公式修改为bm[i0 i1]=i0×r0+i1×r1。

优化后的程序流程如图4所示。先对译码器的各种参数初始化，然后读入输入字节，每次取两位计算分支度量， 进行加_比较_选择，从当前度量old_pm[ ]计算后得到下一状态度量new_pm[ ]，再读取两位计算分支度量，调用蝶形运算2，从new_pm[ ]计算后得到old_pm[ ]。循环进行上述数组更新运算，直到所有输入字节处理结束。中间加入一些判断语句以控制程序进行回溯，将得到的译码输出位存储到输出字节[5]。

比较Viterbi译码DSP优化前后所需时钟周期数，以发送1个OFDM符号为参考，如表1所示。由表中数据可知，优化后发送接收一个OFDM符号节省了1 027 692个时钟周期。TMS320DM642主频600 MHz，可以计算出所节省的时延为1.7 ms。

3 海洋实验

该DSP系统在厦门五缘湾海域进行点对点通信实验，通信距离为800 m，收发换能器距海面2.5 m。海洋实验发送的总数据量为32 640 bit，选取了3组典型数据，将DSP译码结果与Matlab译码结果进行对比，如表2所示。

由表2可以看出，原始误码个数在2 800~3 100范围内时，DSP硬译码纠错个数为2 200左右，软译码纠错个数为2 400左右，并且DSP译码与Matlab译码性能相当。

本文将卷积交织、卷积编码和Viterbi译码引入了水声OFDM系统，根据水声信道特点和多次水池实验确定其参数。在TMS320DM642上实现时，对于卷积交织采用查表法，对于Viterbi译码采用蝶形运算宏定义和双数组循环更新以减小时延，保证了译码实时性。通过海洋实验验证了DSP实现软硬译码的性能。

参考文献

[1] 王新梅，肖国镇.纠错码——原理与方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[2] 吴沫，杨华，卢伟.几种信道编码方式的编码增益比较分析[J].通信技术，2007，40(11).

[3] 王德清.OFDM高速水声通信系统的DSP实现及同步技术研究[D].厦门大学学报，2005(6).

[4] 吴子彧，余松煜，管云峰，等.基于卷积交织的SDRAM控制器的设计[J].Circuits and their applications，2006(12).

[5] 张海勇.一种卷积码维特比译码算法的软件实现[J].计算机与数字工程，2005，33(6).

来源：电子技术应用