基于FPGA器件和只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)QAM解調(diào)器的設(shè)計(jì)

1、引言

在實(shí)際通信信道上傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，由于信道傳輸特性不理想及加性噪聲的影響，接收端所收到的數(shù)字信號(hào)不可避免地會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。為了在一定的信噪比范圍內(nèi)獲得較好的誤碼率指標(biāo)，首先要合理設(shè)計(jì)基帶信號(hào)，選擇調(diào)制解調(diào)方式，采用時(shí)域、頻域均衡等技術(shù)使誤碼率盡可能降低。在通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法一般為QPSK和M階QAM調(diào)制（M=4，8，16，32，64，256…）。對(duì)QPSK調(diào)制來說，調(diào)制點(diǎn)的幅度是相同的，只是相位不同，解調(diào)時(shí)可不考慮信噪比和衰落幅度的影響。對(duì)QAM調(diào)制來說，調(diào)制點(diǎn)的幅度和相位可各不相同，這時(shí)要求準(zhǔn)確了解信噪比和衰落情況，因此要與信道估計(jì)結(jié)合起來考慮。在DVB－S，DVB－T，DVB－H，802.16等OFDM系統(tǒng)中，為了傳送更多的信息比特，常采用較高的調(diào)制方法，如16QAM，2QAM，64QAM等在基帶處理中，用于解凋的方法主要分為硬判決和軟判決，由于軟判決的性能優(yōu)于硬判決，一般是把解調(diào)得到的軟信息輸入到譯碼器進(jìn)行譯碼。

廣科院、北京泰美世紀(jì)科技和中興通訊等單位提出的sTiMi手機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)受到廣泛關(guān)注，此標(biāo)準(zhǔn)在手機(jī)電視物理層、傳輸層、復(fù)用層等方面提出了許多核心專利，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，此標(biāo)準(zhǔn)已成為廣電系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，sTiMi手機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)…支持16QAM。同時(shí)，DVB－H在國(guó)外的于機(jī)電視標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)展較為成熟，應(yīng)用廣泛。中興通訊公司設(shè)汁的基帶芯片將采用雙模設(shè)計(jì)引，同時(shí)支持DVB－H標(biāo)準(zhǔn)和sTiMi標(biāo)準(zhǔn)。手機(jī)電視終端基帶芯片要求支持16QAM，64QAM等調(diào)制方式，設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良的解調(diào)裝置可降低基帶芯片的總成本。本文重點(diǎn)討論QAM解調(diào)器的設(shè)計(jì)。

2、 三星公司方案介紹

三星公司提出的QAM解調(diào)器方案體現(xiàn)在其一項(xiàng)名為“Demodulation apparatus and method in a communieation system employing 16－ary QAM”的專利中。此專利提出了簡(jiǎn)化的雙最小量度方法，使得16QAM解調(diào)器可用雙最小量度過程簡(jiǎn)化信道譯碼輸入軟信息的獲得，而無須通過映射表或其他復(fù)雜過程來得到接收信號(hào)的最小距離值，硬件實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。

該專利提出的16QAM解調(diào)器框圖如圖1所示。

該方案用于CDMA系統(tǒng)是可行的，因CDMA系統(tǒng)無須支持64QAM解調(diào)，且對(duì)16QAM解調(diào)的硬件復(fù)雜度是可接受的。在進(jìn)行軟判決時(shí)要對(duì)輸出比特計(jì)算對(duì)數(shù)似然比（LLR），并用得到的LLR作為信道譯碼輸入軟信息值。該專利沒有給出64QAM的解調(diào)實(shí)現(xiàn)，且其解調(diào)方法雖是格雷映射，但QAM的映射次序和手機(jī)電視系統(tǒng)中的QAM映射次序不同，因此應(yīng)用于手機(jī)電視終端時(shí)解調(diào)算法要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。本文給出適用于手機(jī)電視終端的16QAM解調(diào)、64QAM解調(diào)方案。

3、QAM解調(diào)算法

4、 硬件實(shí)現(xiàn)方案

本文設(shè)計(jì)的QAM解調(diào)器如圖2所示，主要包括：

1）解調(diào)控制器模塊：主要功能是控制其他模塊的工作及數(shù)據(jù)流向，主要是根據(jù)調(diào)制類型（16QAM或64QAM）作一個(gè)判斷，將輸入數(shù)據(jù)透?jìng)鹘o相應(yīng)解調(diào)模塊。

索，獲得解調(diào)參數(shù)，然后用16QAM解調(diào)公式計(jì)算并解調(diào)輸出。

3）64QAM解調(diào)模塊。使對(duì)64QAM參數(shù)存儲(chǔ)單元進(jìn)行檢索，獲得解調(diào)參數(shù)，然后用64QAM解調(diào)公式計(jì)算并解調(diào)輸出：

4）16QAM參數(shù)存儲(chǔ)單元。建議采用2個(gè)只讀存儲(chǔ)器（ROM）進(jìn)行并行處理該模塊存儲(chǔ)了解調(diào)參數(shù)α與β的數(shù)值。存儲(chǔ)單元大小為4個(gè)條目深，2 bit位寬。

5）64QAM參數(shù)存儲(chǔ)單元：同樣建議采用ROM。該模塊存儲(chǔ)了共18個(gè)解調(diào)參數(shù)的數(shù)值。存儲(chǔ)單元人小為16個(gè)條目深，18 bit位寬。

由圖2中的解調(diào)控制器模塊接收到調(diào)制數(shù)據(jù)fec2demod_data，對(duì)調(diào)制類型fec2demod_type進(jìn)行分析判斷后，把凋制數(shù)據(jù)demod_data分別送到16QAM解調(diào)模塊或64QAM解凋模塊：進(jìn)行16QAM解調(diào)時(shí)，16QAM解調(diào)模塊把地址addrx送給16QAM參數(shù)存儲(chǔ)單元，并瀆取解調(diào)參數(shù)qx進(jìn)行處理，16QAM解調(diào)模塊將解調(diào)后的數(shù)據(jù)demod_dout0送給解調(diào)控制器模塊；進(jìn)行64QAM解凋時(shí)與此類似，但解調(diào)參數(shù)為q，解調(diào)后的數(shù)據(jù)為demod_dout1。解凋完成后解倜控制器模塊將解調(diào)數(shù)據(jù)demod2fec_data及調(diào)制類型demod2fec_type送給下一級(jí)譯碼模塊。

5、 測(cè)試與小結(jié)

通過算法仿真，本文采用的算法能夠滿足手機(jī)電視終端的性能要求通過FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，本文的硬件實(shí)現(xiàn)方案僅需要2塊ROM（只讀存儲(chǔ)器）和極少量邏輯電路，一塊ROM大小為2×4 bit，另一塊ROM大小為18×16 bil，占用的芯片面積較小 而二星的方案僅給出16QAM解調(diào)實(shí)現(xiàn)方案，采用類似方案實(shí)現(xiàn)64QAM解調(diào)，則需要大量的復(fù)用器，占用的芯片面積較大，通過以上分析可見，本文設(shè)計(jì)的解調(diào)器能夠?qū)崿F(xiàn)16QAM和64QAM解調(diào)，能夠應(yīng)用十手機(jī)電視終端基帶芯片，且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，節(jié)省了基帶芯片總體成本。

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