Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ phục vụ chocuộc sống của con người, công nghệ viễn thông trong những năm qua đã có nhữngbước phát triển mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều tiện ích cho con người.

Thế kỷ 21 chứng kiến sự bùng nổ thôngtin, trong đó thông tin di động đóng một vai trò rất quan trọng. Nhu cầu traođổi thông tin ngày càng tăng cả về số lượng, chất lượng và các loại hình dịchvụ kèm theo, điều này đòi hỏi phải tìm ra phương thức trao đổi thông tin mớingày càng ưu việt và mang lại hiệu quả cao hơn. Các công nghệ di động và viễnthông ngày một phát triển nhanh chóng để hướng tới mục đích tăng tốc độ cũngnhư chất lượng của các dịch vụ nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngườivề các thiết bị không dây bỏ túi.

Một trong những khâu quan trọng nhấtcủa việc thông tin không dây đó là việc truyền và nhận tín hiệu. Điều này cần thiết phải có một loại mã hóa dànhriêng cho kênh truyền có khả năng sửa chữa sai sót của tín hiệu truyền đi docác tác động của môi trường. Các hình thức được sử dụng để mã hóa kênh truyềntrước đó đều có những khuyết điểm nhất định trong việc khôi phục dữ liệu bị saisót trên đường truyền, thường chỉ có khả năng phát hiện lỗi và báo về bên phátđể thực hiện truyền lại tin tức bị sai đó. Điều này làm chậm quá trình truyềntin tức. Bộ mã hóa dùng mã chập và thuật giải mã Viterbi là một chuẩn đang đượcứng dụng rất rộng rãi trên toàn thế giới với nhiều ưu điểm vượt trội so với cáchình thức trước đó, ngoài khả năng phát hiện lỗi tốt nhờ sự kiểm soát chặt chẽtin tức truyền đi, nó còn có khả năng tự khôi phục các tin tức bị sai trong quátrình truyền trên kênh truyền. Điều này giúp giảm thiểu tối đa thời gian truyềnnhận tin tức, do đó tốc độ dữ liệu ngày một được nâng cao. Tuy vẫn còn một sốhạn chế nhất định trong việc khôi phục các đoạn tin tức sai hàng loạt, nhưngthuật toán Viterbi vẫn là sự lựa chọn ưu tiên và là nền tảng cho việc pháttriển các hình thức mã hóa và giải mã tốt hơn nữa hiện tại và sau này.

Vì những ưu điểm nổi bật và tính ứngdụng cao của thuật toán này trong hiện tại và tương lai của ngành viễn thông,nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài là “Thực hiện bộ giải mã Viterbi trênFPGA”. Trong phạm vi của cuốn đồ án này, nhóm thực hiện đề tài sẽ giới thiệukhái quát về hai hình thức mã hóa và giải mã này và tiến hành mô phỏng thuậttoán mã hóa và giải mã đó trên Matlab cũng như mô tả phần cứng trên kit DE2 củaAltera.

Nội dung của đồ án sẽ bao gồm các vấnđề sau:

· Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin số

Giới thiệu về vị trí vai trò của mã hóa kênh truyềntrong hệ thống thông tin số, so sánh hai hình thức mã hóa là mã khối và mãtrellis.

· Chương 2: Thuật toán Viterbi

Khái niệm và phân tích mã chập, cách thức mã hóa sửdụng mã chập, cũng như cấu trúc của bộ mã hóa chập. Giới thiêu thuật toán giảimã Viterbi, nguyên lý thực hiện giải mã và phân loại một số phương pháp giảimã.

· Chương 3: Xây dựng thuật giải Viterbi dùng Matlab

Tiến hành đi mô phỏng thuật toán mã hóa mã chập vàthuật toán giải mã Viterbi. Phân tích thuật toán

· Chương 4: Xây dựng thuật giải Viterbi trên kit DE2

Mô phỏng thuật toán thực tế hơn trên kit DE2 với cácled hiển thị dữ liệu từ đó thấy được hiệu quả của thuật toán Viterbi, ứng dụngngôn ngữ thiết kế phần cứng VHDL

· Chương 5: Kết luận

Đánh giá kết quả thực hiện của đồ ánvà đưa ra phương hướng phát triển của đề tài trong tương lai.

PHẦN B: NỘI DUNG 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN SỐ 14

1.1 Vị trí của mã hóa kênh trong hệ thống thông tin số 14

1.2 Khái niệm mã hóa kênh và phân loại 14

1.2.1 Khái niệm 14

1.2.2 Phân loại mã hóa kênh 15

1.3 Khái quát về mã khối và mã trellis 16

1.3.1 Mã khối 16

1.3.2 Mã trellis 17

CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN GIẢI MÃ VITERBI 19

2.1 Khái niệm mã chập 19

2.2 Phân tích mã hóa dùng mã chập 19

2.3 Cấu trúc mã chập 23

2.4 Biểu diễn mã chập 27

2.5 Ưu nhược điểm của mã chập 30

2.5.1 Ưu điểm 30

2.5.2 Nhược điểm 30

2.6 Định nghĩa thuật toán Viterbi 30

2.7 Phân tích thuật giải Viterbi 31

2.8 Giải mã quyết định cứng và giải mã quyết định mềm 43

2.8.1 Thuật toán Viterbi quyết định cứng 43

2.8.2 Thuật toán Viterbi quyết định mềm 48

2.8.2.1 Thuật toán Viterbi quyết định mềm (phương pháp 1) 48

2.8.2.2 Thuật toán Viterbi quyết định mềm (phương pháp 2) 49

2.8.3 Ưu điểm của giải mã quyết định mềm so với giải mã quyết định cứng 51

2.9 Xác suất lỗi 54

2.10 Ưu nhược điểm của thuật toán giải mã Viterbi 54

2.10.1 Ưu điểm 54

2.10.2 Nhược điểm 55

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN VITERBI TRÊN MATLAB 56

3.1 Giới thiệu 56

3.2 Sơ đồ khối hệ thống 56

3.3 Lưu đồ mô phỏng 57

3.3.1 Khối tạo bit ngõ vào 57

3.3.2 Khối mã hóa 58

3.3.3 Khối cộng nhiễu Gausse trắng 58

3.3.4 Khối giải mã 58

3.3.5 Tính toán và vẽ BER 59

3.4 Hình ảnh về chương trình mô phỏng 59

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VITERBI TRÊN KIT DE2 65

4.1 Giới thiệu sơ lược KIT DE2 và phần mềm Quartus 65

4.1.1 KIT DE2 của Altera 65

4.1.1.1 Tổng quan kit DE2 65

4.1.1.2 Sử dụng nút nhấn và Switch 67

4.1.1.3 Sử dụng LCD 68

4.1.2 Phần mềm lập trình Quatus II 68

4.2 Giải quyết vấn đề 69

4.2.1 Giải mã viterbi quyết định cứng 69

4.2.2 Giải mã viterbi quyết định mềm 73

4.3 Lưu dồ thuật toán lập trình 75

4.4 Kết quả 8