Моделювання процесу декодування Turbo-Product-кодів засобами середовища ModelSim

Abstract

У статті представлено результати моделювання роботи розробленого декодера TurboProduct-кодів (TP-кодів) у середовищі ModelSim. Описано методику проведення моделювання та особливості розробки тестових оточень для таких пристроїв. Декодер, для якого проводиться моделювання, характеризується тим, що він може змінювати налаштування відносно коду, яким закодоване повідомлення. Відповідно, він здатен працювати не з одним кодом, а з кількома та проводити їх декодування. Зміна налаштувань відносно оброблюваного коду може відбуватися після завершення обробки поточного повідомлення. Це дає значну перевагу, оскільки такий декодер може використовувати різні коди залежно від зміни умов передачі даних. Це дозволяє підвищити ефективність роботи системи передачі інформації та може мати суттєвий виграш відносно багатьох параметрів роботи декодера (коригуюча здатність, швидкодія, вартість розробки декодера для нових кодів та ін.). Розглянуто усі етапи роботи декодера з наведенням діаграм сигналів для кожного окремого етапу. Середовище ModelSim дає можливість наочно представити роботу кожного блока і, що важливо, взаємодію з іншими блоками, які входять до складу декодера. Це дало змогу оцінити як коректність роботи відносно стадій декодування, так і загальну картину роботи декодера. Тестове оточення, як і сам декодер, реалізоване мовою схемотехнічного опису VHDL. При роботі тестового оточення інтенсивно використовується робота з файлами (вхідні, вихідні та проміжні дані). Результат роботи тестового оточення порівнюється з результатом роботи моделі, реалізованої програмними засобами, для того щоб підтвердити правильність реалізації. Порівняння проводиться побайтово і показує однакові результати як для ModelSim, так і для програмної моделі. У подальшому реалізовані засоби можуть бути розширені для застосування при моделюванні декодерів для ТР-кодів з іншою структурою або для інших завадостійких кодів.

In the article the results of modeling of developed Turbo-Product-codes (TP-codes) decoder in ModelSim environment have been presented. The method of modeling and implementation of testbenches for this type of devices are described. The decoder under modeling has a feature of changing the code to process the message immediately during the work state. Correspondingly, it is able to work not just with one code but also with a set of codes. Configuration change can be performed after the end of decoding current encoded message. It provides a great advantage as such decoder can utilize different codes according to external conditions concerned with signal transmission. It allows to improve the efficiency of information transmission system and can eventually make a notable gain for many decoder’s working parameters (correction ability, throughput, cost of development, etc.). All the stages of decoder work are thoroughly considered and presented with wave diagrams for every single stage. ModelSim environment ensures the possibility of demonstration of each separate block, as well as the whole system and intercommunication among blocks. It makes possible to assess the correctness of decoding stages and general decoding results. Testbench and decoder itself have been implemented in VHDL description language. During the work of testbench file operations are used intensively (input, output, and intermediate data). The result of testbench work is compared with the result of software model to prove the correctness of implementation. The comparison is performed byte-tobyte and demonstrates the same results both for ModelSim and software model. In future, implemented means can be extended for using in decoders modeling for TP-codes with different structure and for other types of error-correcting codes.