【正文】 較多處理的模塊，如 MCCDMA 調(diào)制模塊，又將其再分為若干子功能模塊，具體的功能模塊框圖如圖 1 所示。 圖 1 MIMO MC 一 CDMA 基帶系統(tǒng)發(fā)射端模型框圖 l、信源模塊 :signal_souree() 利用線性移位寄存器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列信號(hào)，用于模擬信源功能。此模塊可以通過(guò)設(shè)置模塊的輸入?yún)?shù)選擇移位寄存器的初始值與偽隨機(jī)序列信號(hào)的長(zhǎng)度，寄存器的初始值有四種選擇，偽隨機(jī)序列的長(zhǎng)度可以通過(guò)改變最小長(zhǎng)度 T 和倍數(shù) length 的值設(shè)置為任意值。 調(diào)制模塊 :qam64()/qaml6()/PS() 實(shí)現(xiàn)將信源模塊產(chǎn)生的隨機(jī)比特序列映射為數(shù)字基帶符號(hào)的功能，本文中設(shè)計(jì)了 QPsK、 16QAM 和 64QAM 三種調(diào)制方式。 vBLAsT編碼模塊 :vblastZ_3() 功能是將前端模塊送來(lái)的串行數(shù) 據(jù)按照垂直分層空時(shí)編碼原則轉(zhuǎn)換成兩路并行數(shù)據(jù)，發(fā)送給后端模塊處理。 MCenMA模塊 :MeenMA() 實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制功能。根據(jù) MC一 CDMA調(diào)制的基本原理，將整個(gè)調(diào)制過(guò)程分 為符號(hào)復(fù)制、擴(kuò)頻和 IFFT變換三個(gè)子模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。 時(shí)鐘和時(shí)序控制模塊 :clk一 anagertx() 在調(diào)制、 MC一 CDMA調(diào)制模塊中都涉及到數(shù)據(jù)的串并變換或者復(fù)制操作，將導(dǎo)致不同模塊的控制時(shí)鐘發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)于每種調(diào)制方式的基帶系統(tǒng)都需要四種不同的時(shí)鐘來(lái)控制，當(dāng)系統(tǒng)支持三種調(diào)制方式時(shí)，就要六種時(shí)鐘。為了解決跨時(shí)鐘域的問(wèn)題 ，本系統(tǒng)中利用 Altera的時(shí)鐘管理模塊設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘控制模塊，生成各功能模塊所需的時(shí)鐘 。 圖 2 為調(diào)制方式采用 16QAM 時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功能的具體函數(shù)流程圖。方框中的模塊為實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)功能的一級(jí)模塊，橢圓中的模塊為二級(jí)子模塊，菱形中的模 塊為三級(jí)子模塊 。從圖中可以看出，實(shí)現(xiàn) MC 一 CDMA 調(diào)制的功能，需要三個(gè)二級(jí)子模塊，其中有兩個(gè)二級(jí)子模塊又各自調(diào)用了一個(gè)三級(jí)子模塊。 圖 2 發(fā)射機(jī) FPGA 實(shí)現(xiàn)的函數(shù)調(diào)用流程圖 信源建模 此處所述的信源 與實(shí)際所說(shuō)的信源有一定差距，其主要 功能是利 用 線性移位 寄存器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生 的偽隨機(jī)序列信號(hào)作為數(shù)據(jù)信號(hào)，以方便系統(tǒng)驗(yàn)證 .該移位寄存器為 8級(jí)。生成 數(shù)據(jù)符號(hào)的本原的多項(xiàng)式為。 圖 3 為該 8級(jí)帶反饋的移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖。 圖 3 為該 8 級(jí)帶反饋的移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖 圖 4 為使 用 Modalism 得到的功能仿 真 結(jié)果， 其中 ， RESET 為復(fù)位信號(hào)，高 電 平有效 ， OE 為信號(hào)發(fā) 生 使能信號(hào)， 只有 OE 為高電 平 時(shí)， 才 啟動(dòng)信號(hào) 產(chǎn)生 程序。程序中設(shè)定了 4 種寄存器初值， SEL 信號(hào)用于 選擇 不同的寄存器初值。除去全 0 碼字，寄存器的狀態(tài)共有 127 種，所以 DOUT 的 周期 為 127。在 程序中 可以設(shè)置該模塊可以生成的 隨 機(jī)序列 的最 短 長(zhǎng)度 T，在調(diào) 用程 序是可以根據(jù) 需要 設(shè)置 T的初值。 LEN 端 口用于選擇產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為該最 短 長(zhǎng)度的倍數(shù)， LEN 的可選 項(xiàng) 為 1 一 為 輸出信號(hào)有效信號(hào)，在 長(zhǎng)度為 T*LEN長(zhǎng)度的 隨 機(jī)序列內(nèi)該信號(hào)為 高電平。 圖 4 信源信號(hào)產(chǎn)生模塊的功能仿真結(jié)果。 調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn) 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù) [27]是 B3G/4G 移動(dòng)通信系統(tǒng)研究中極具潛力的技術(shù)之一。為實(shí)現(xiàn)高速信息的傳輸，可以采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)。調(diào)制的階數(shù)不同，會(huì)造成系統(tǒng)性能的差異，階數(shù)越高則能夠承載的比特越多，傳輸?shù)念l帶利用率越高，但 是調(diào)制的階數(shù)越高抗干擾性能越差。在自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)中，一般使用戶在理想信道條件下用較高階的調(diào)制方式，而在不太理想的信道條件下則用較低階的調(diào)制方式[28]，或者在用戶數(shù)較少時(shí)采用較高階的調(diào)制方式，而在用戶數(shù)較多時(shí)則用較低階的調(diào)制方式 [29]，來(lái)保證通信的可靠性和系統(tǒng)資源的有效利用。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可支持 QPsK、 16QAM 和 64QAM 的通用調(diào)制解調(diào)模塊，同時(shí)這幾種調(diào)制方式也是各種 B3G/4G 系統(tǒng)中普遍支持的調(diào)制方式，通用調(diào)制解調(diào)模塊的設(shè)計(jì)很有必要。該調(diào)制解調(diào)模塊的工作原理如圖 5所示。 圖 5 調(diào)制解調(diào)模塊功能 框圖 基于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要求，本文中的所有調(diào)制解調(diào)方案都是在數(shù)字基帶上實(shí)現(xiàn)，主要完成調(diào)制端的符號(hào)映射、解調(diào)端的電平判決，碼映射，并串變換部分。 2 調(diào)制解調(diào)基本原理 調(diào)制解調(diào)原理 數(shù)字相移健控調(diào)制 (MPSK)技術(shù)是一類(lèi)性能優(yōu)良的調(diào)制方式， M 值越大，頻率利用率就越高。這種調(diào)制方式已經(jīng)在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用，本節(jié)將對(duì) M 值為 4 的四進(jìn)制相移鍵控(QuadraturePhaseShiftKeying， QPsK)的調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 QPsK 信號(hào)的正弦波載波有 4 個(gè)可能的離散相位狀態(tài)，每個(gè)載波相位 攜帶 2 個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，其信號(hào)表達(dá)式為 上述 QPSK信號(hào)的正交調(diào)制原理框圖如圖 6 所示。其中輸入序列 {Bi}為二進(jìn)制雙極性不歸零序列，經(jīng)串并變換后，得到周期為輸入序列周期的 QPSK 符號(hào)， Tb 為比特周期， TVs 為 QPSK 符號(hào)周期。之后對(duì)兩路信號(hào)分別用正交載波調(diào)制，合成為 PS 信號(hào)。 圖 6QPSK 信號(hào)的 正交調(diào)制原理框圖 QPSK信號(hào)由 I路和 Q路比特共同決定相移量，表 1為 載波相移量與輸入信息比特對(duì)的關(guān)系表。 表 1 載波相移量與輸入信息比特對(duì)的關(guān)系表 QPSK 的相干解調(diào)的原理框圖如圖 7 所示。分別對(duì)兩正交支路信號(hào) 進(jìn)行解調(diào)，低通濾波、采樣、判決后經(jīng)過(guò)并串變換恢復(fù)原信號(hào)。 圖 7 QPSK 的相干解調(diào)的原理框圖 QPsK調(diào)制解調(diào)的 FPGA實(shí) 現(xiàn) 本文設(shè)計(jì)的 QPSK調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)方案采用表 2 所示的符號(hào)映射規(guī)則。為了得到更好的譯碼性能，在進(jìn)行電平邏輯編碼時(shí)，采用格雷編碼方法。在 RTL編碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，每個(gè)星座點(diǎn)以一個(gè)位寬為 16的二進(jìn)制數(shù)表示，該值的高 8 位與低 8 位分別表示映射點(diǎn)的實(shí)部和虛部 。 表 2 QPsK 星座點(diǎn)映射關(guān)系 按照表 ，可以得到本系統(tǒng)中 QPsK調(diào)制符號(hào)映射的星座圖，如圖 8 所示。 圖 8 QPSK 映射星座圖 圖 9 為使用 QPsK調(diào)制模塊的功能仿真結(jié)果。其中， clk是比特流輸入時(shí)鐘，信號(hào) data為輸入數(shù)據(jù)流， data為調(diào)制輸出結(jié)果， out信號(hào)為數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號(hào)，可作為與系統(tǒng)中其他模塊之間的時(shí)序?qū)R的握手信號(hào)。從圖中可以看到，當(dāng)輸入比特流 data為 {10— 00ll一 01_1000_11一00… }時(shí)，調(diào)制輸出結(jié)果 data為 { f010_1010f0f010f0f0101010f0f01010… }，采用表 2中的十六進(jìn)制補(bǔ)碼表示。按照表 2 和圖 8 的星座映 射圖，可驗(yàn)證該仿真結(jié)果的正確性。 圖 9 QPSK 解調(diào)模塊的功能仿真 結(jié)果 3 16QAM 調(diào)制解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) 16QAM調(diào)制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 因?yàn)榫匦?QAM 信號(hào)星座圖具有容易產(chǎn)生，容易解調(diào)且性能較好等特點(diǎn)，本系統(tǒng)中的 QAM 采用矩形星座圖的 16QAM。又因?yàn)閷?duì)多電平信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并恢復(fù)成二進(jìn)制碼時(shí)，格雷碼電平邏輯比自然碼電平邏輯兵有更好的誤碼性能，所以 16QAM映射采用了格雷編碼技術(shù)。 16QAM 映射的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，首先將串行的二進(jìn)制比特流串并轉(zhuǎn)換為兩路并行比特流，每一路分別采用格雷編碼映射，將多信號(hào)電平 值設(shè)置為士 lv，士 3v，星座點(diǎn)映射關(guān)系如表 3所示。 表 3 16QAM 星座點(diǎn)映射關(guān)系 其中的電平值用 8 位補(bǔ)碼表示，考慮到系統(tǒng)中其他模塊的運(yùn)算精度要求，這 8 位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)結(jié)構(gòu)為 :第 1 位為符號(hào)位， 2 一 4 位為整數(shù)位，后 4 位表示小數(shù)位。根據(jù)表 3 中的星座點(diǎn)映射關(guān)系，得到 16QAM映射星座圖如圖 10所示。從圖中可以看出，因?yàn)椴捎昧烁窭拙幋a，任何兩個(gè)相鄰的星座點(diǎn)之間的碼字只有 1比特是不同的。 圖 10 16QAM 映射星座圖 圖 11為輸入比特流為 {1110_0000_0010_0001_1010_… }時(shí) ，使 用 16QAM調(diào)制模塊 的功能仿真 結(jié)果。 為 了時(shí)序 對(duì)齊，使 用 dvalid 信號(hào) 作為 數(shù)據(jù) 有效標(biāo)志信號(hào)。 Clk 是比特流輸入時(shí)鐘 ，clk4 是調(diào)制符號(hào)輸出時(shí)鐘， clk4 是 clk 的 4 分煩 .模塊中 I， Q 兩 路的 符號(hào) 映列結(jié)果 組合 為個(gè) 16 位的 信號(hào)y0ut 輸出，與圖 10 的星座映射圖對(duì) 照可知該 16QAM調(diào)制 模塊仿真結(jié)果的 正確性。 圖 11 16QAM 調(diào)制模塊 的功能仿真 結(jié)果 16QAM解調(diào)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 解調(diào)實(shí)質(zhì) 上 是調(diào)制的逆過(guò)程，在本文設(shè)計(jì)中 16QAM 的解調(diào)主要完成電平判決和符號(hào)逆映射的過(guò)程，即解調(diào)模塊接 收來(lái)自上一模塊的觀察值，判斷其應(yīng)映射至 lJ 星座圖上的某一點(diǎn)，從而恢復(fù)其碼字，井經(jīng)過(guò)并串變換得到串行的二進(jìn)制比特流。圖 12 為本文解調(diào)模塊的結(jié)構(gòu)圖。