Viterbi kod çözücünün güç etkin mimari tasarımı ve FPGA gerçeklemesi

Abstract

Bu tez çalışmasında Viterbi Kod Çözücü ve güç etkin Viterbi Kod Çözücü'nün mimari tasarımı ve FPGA üzerinde gerçeklemesi hedeflenmiştir. Bir Viterbi Kod Çözme Sistemi, Katlamalı kodlayıcı ve Viterbi Kod Çözücü'den oluşmaktadır. Katlamalı kodlayıcının giriş serisinden ürettiği kod kelimeleri gürültülü bir iletişim kanalından geçerek kod çözücüye ulaşmaktadır. Ancak kanaldaki bu gürültüden dolayı kodda bozulmalar meydana gelebilir. Viterbi Kod Çözücü, en büyük olabilirlik temelli çalışan Viterbi Algoritması'nı kullanarak, gelen bozulmuş veriden, asıl mesajı en iyi şekilde arındırmakta ve giriş mesajını çözmektedir. Bir Viterbi Kod Çözücü, Dal Ölçütleri Birimi (BMU), Ekleme Karşılaştırma Seçme Birimi (ACSU) Yol Ölçütleri Birimi (PMU) ve Hayatta Kalan Yol Bellek Birimi (SPMU) olmak üzere dört temel birimden oluşmaktadır. Bu birimlerin içerisinde her saat darbesinde yenilenen karmaşık hesaplamalar yapılmaktadır. Bu tez çalışmasında bu karmaşıklığın azaltılması amaçlanarak, güç ve alan kullanımı bakımından verimli bir kod çözücü mimari tasarımı hedeflenmiştir. Öncelikle klasik bir sert karar Viterbi Kod Çözücü'nün büyük ölçekli tümdevre (VLSI) gerçeklemesi için bir mimari tasarım sunulmuştur. Bu mimari üzerinden daha az karmaşıklıkla bir tasarım yapılarak kod çözücü güç verimli olacak şekilde iyileştirilmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında biri diğerinin güç etkin hali olmak üzere iki tane Viterbi Kod Çözücü mimari tasarımı ve benzetimi, Xilinx ISE Design Suit olarak bilinen tasarım ve benzetim ortamı ve Verilog donanım tanımlama dili kullanılarak yapılmıştır.

In this thesis, it is aimed to architectural design and implementation of Viterbi Decoder and power effective Viterbi Decoder on FPGA. A simple Viterbi decoding system consists of a convolutional encoder and a Viterbi Decoder. The convolutional encoder generates code words from the input message. Then, this code passes through a noisy communication channel to the decoder, however the corruption occurs in the code word due to noise in the channel. The Viterbi Decoder by Viterbi Algorithm based on the maximum likelihood, extracts the original message from the corrupted message and estimates the input messages.The Branch Metric Unit (BMU), Add-Compare-Select Unit (ACSU) Path Metric Unit (PMU) and Survivor Path Memory Unit (SPMU) are the four main units of the Viterbi decoder. In these units, complex calculations are repeated at each every clock cycle. In this thesis, it is focused on design an efficient decoder architecture in terms of power and utilization amount with the aim of reducing this complexity. Therefore, initially VLSI implementation of a classical hard decision Viterbi Decoder's architectural design is presented. Based on this initial design, a design with less complexity has been improved so that the decoder is power efficient. As a result, two Viterbi Decoder architectural designs and simulations, one of which is power efficient reconfigured are made using the design and simulation environment known as the Xilinx ISE Design Suite and the Verilog hardware description language (Verilog HDL).