文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
高密度光盘Viterbi译码器的FPGA设计与实现
姓名:钟福松
申请学位级别:硕士
专业:计算机系统结构
指导教师:谢长生
20070604
华中科技大学硕士学位论文
摘要
当前的 DVD 光盘系统中,归一化信息密度 S ,采用阀值检测技术就可以实
现数据恢复。随着光盘密度的进一步提高,归一化信息密度 S 将超过 ,读出信号中
将含有更多码间干扰(Intersymbol Interference, ISI) 信息,采用阀值检测技术已经不能可
靠地实现数据的恢复,因此给信号检测技术提出了新的要求。部分响应最大似然(Partial
Response Maximum Likelihood, PRML) 检测技术是有控制地在某些码元的采样时刻引
入码间干扰,而确保在其余的码元采样时刻无码间干扰,从而提高频带利用率、降低
定时精度要求。近年来对 PRML 检测技术的研究不断深入,并且在磁存储通道中得到
了广泛应用。Viterbi 算法是一种实现最大似然检测技术的有效算法。
光盘通道的特性对部分响应目标的选择非常重要。在分析光盘通道的数学模型
的基础上,根据新一代多功能光盘(Next-generation Versatile Disc, NVD) 通道特性要
求,选择合适的部分响应目标,确定部分响应多项式为 PR(1++ 2 D 2 D234 + 2 D + D ) 。
结合光盘通道编码中最小游程长度 d = 2 的特点,给出含有 8 个状态的篱笆树建立过
程,并结合实例介绍 Viterbi 算法的译码过程,包括判决过程、幸存路径的管理和截
尾译码输出。
采用 FPGA 实现适合 NVD 光盘通道的 Viterbi 译码器。重点是 Viterbi 译码器中
各主要模块的设计与实现,包括分支度量计算模块、加比选模块、幸存路径存储管
理模块和决策输出模块。通过大量测试数据,分别在软件仿真和实际测试两方面对
Viterbi 译码器进行总体测试,并做出分析和比较。
通过对比测试,基于 FPGA 实现的译码器的功能正确,性能稳定时最高时钟频
率可以达到 30MHz,自纠错能力强,能够满足 NVD 光盘通道的要求。

关键词:新一代多功能光盘,部分响应最大似然检测,维特比算法,硬件描述语言

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
In the high-density optical disc system, the normalized information density (S)
exceeds , which is in the DVD. Because of the high density, there is more
intersymbol interference (ISI) in the readout signal. The detection of the readout signal
must be improved because the threshold detection used in DVD is not available for the
high-density disc any more. The partial response maximum likelihood (PRML) detection
increases the using of the bandwidth and decreases the requirement of timing precision by
making use of the ISI rationally. PRML has been widely used in the ic channel.
The Viterbi algorithm is one of the best algorithms for implementing the maximum
likelihood (ML) detection.
The characteristics of disc channel are very significant for the selection of partial
response (PR) polynomial. The PR polynomial that is 12+ DD+++ 2234 2 DD is
selected according to the mathematical model and the characterist