【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 12 16QAM 解調(diào) 模塊 的結(jié)構(gòu)圖 為了減少計(jì)算量，在解調(diào)模塊的符號(hào)判決中采用一種不完全的最大似然方法。如圖 12 所示，首先判斷觀察值所屬的象限，之后在所確定的象限內(nèi)再利用最大似然的方法，逐一計(jì)算該觀察值與該象限內(nèi) 4 個(gè)映射點(diǎn)的歐式距離，調(diào)用排序模塊來(lái)計(jì)算此 4個(gè)距離中的最小值，確定與觀察值踐離最近的星座點(diǎn)，與圖 9的星座圖相對(duì)應(yīng)，該點(diǎn)的碼字即為該觀察值的符號(hào)判決結(jié)果 。最后通過并串變換將得到的映射碼字轉(zhuǎn)化為串行的比特流輸出。對(duì)于觀察值坐落在坐標(biāo)軸上的特殊情況，本文中約定水平軸的正負(fù)半軸、垂直軸的 正負(fù)半軸分別屬于第 1，第 4，第 3,第 2象限。對(duì)于觀察值與某兩個(gè)星座點(diǎn)的距離相等的情況，約定取距離坐標(biāo)軸近的那個(gè)點(diǎn)為映射點(diǎn)。 表 4 16QAM 解調(diào)模塊的功能驗(yàn)證數(shù)據(jù) 如表 4 所示，分別在四個(gè)象限內(nèi)各取一個(gè)觀察值，對(duì)該解調(diào)模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證，得到的仿真結(jié)果如圖13 所示。其中 clk 為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘， clk4 為比特輸出時(shí)鐘， clk4 的時(shí)鐘頻率是 clk 的 4 倍，信號(hào) sqam為映射的符號(hào)碼 字，信號(hào) yout為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流，可以看到，得到的仿真結(jié)果與表 4中的理論值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。 圖 13 16QAM 解調(diào)模塊的功能仿真結(jié)果 4 64QAM 調(diào)制解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) 64QAM調(diào)制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 64QAM 映射的實(shí)現(xiàn)過程，首先將基帶信號(hào)經(jīng)過串并變換后轉(zhuǎn)換為兩路并行信號(hào)，每一路并行數(shù)據(jù)流的寬度為 3 比特，其中高位的 l 比特決定映射到哪一個(gè)象限，低位的 2 比特決定在每一個(gè)象限內(nèi)的映射位置，每一路分別采用格雷編碼技術(shù)。本文設(shè)計(jì)的 64QAM映射模塊將多信號(hào)電平值設(shè) 置為士 ，士 ，土,士 v，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)碼表示中，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)。星座點(diǎn)映射關(guān)系如表 5所示。表 5 拼QAM 星座點(diǎn)映射關(guān)系 表 5 64QAM 星座點(diǎn)映射關(guān)系 按照表 5 所示的星座點(diǎn)映射關(guān)系，就可以得到 本 文中的 64QAM 的星座映射圖如圖 14 所示。 圖 14 64QAM 的星座映射圖 從圖 14 可以看出，因?yàn)椴捎昧烁窭拙幋a，相鄰碼字之間只有 l 比特不同，圖 15 為輸入比特流為｛ 100111一 01011_101100_000000,．…｝時(shí)，使用 得到的 64QAM 調(diào)制模塊的功能仿真結(jié)果。輸入數(shù)據(jù)流在比特時(shí)鐘。 lk的作用下輸入，經(jīng)過串并變換和符號(hào)映射映射為數(shù)據(jù)符號(hào)在輸出時(shí)鐘 clk6 下輸出，時(shí)鐘 clk6 是時(shí)鐘 clk 的六分頻，這兩個(gè)時(shí)鐘都由系統(tǒng)的時(shí)鐘分頻模塊產(chǎn)生。為了與下一個(gè)模塊的時(shí)序?qū)R，使用 dvahd 信號(hào)作為數(shù)據(jù)有效標(biāo)志信號(hào)。 1,Q 兩路的符號(hào)映射結(jié)果組合后由一個(gè) 16 位的信號(hào) yout 輸出，參照?qǐng)D 14 的星座映射規(guī)則，可知該 64QAM 符號(hào)映射模塊仿真結(jié)果的正確性。 圖 15 64QAM 符號(hào)映射模塊仿真結(jié)果 64QAM解調(diào)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 與 16QAM的解調(diào)一樣， 64QAM的解調(diào)其實(shí)質(zhì)也是完成電平判決和符號(hào)逆映射的過程，即解調(diào)模塊接收來(lái)自上一模塊的觀察值，判斷其應(yīng)映射到星座圖上的某一點(diǎn)，從而恢復(fù)其碼字，并經(jīng)過并串變換得到串行的二進(jìn)制比特流。與 16QAM 不同， 64QAM的星座圖點(diǎn)數(shù)較多，即使采用上節(jié)所述 16QAM 的不完全的最大似然方法，運(yùn)算復(fù)雜度和消耗的片上資源也比較多，所以對(duì)于 64QAM 的電平判決，通過根據(jù)倒推 64QAM 的星座映射規(guī)則，分別由觀察值的象限和實(shí)部、虛部的幅度值來(lái)判斷該映 射符號(hào)在星座圖上的位置。判決原則為，觀察值的象限決定逆映射結(jié)果的前兩位，實(shí)部的大小決定映射結(jié)果的第 3 位和第 5 位，虛部的幅度值決定映射結(jié)果的第 4 位和第 6 位。圖 16 為該判決規(guī)則的示意圖，按照上述映射規(guī)則，落在圖中陰影區(qū)域的點(diǎn)將映射為｛ 001011｝。 圖 16 64QAM 的星座圖 確定了輸入判決符號(hào)即觀察值在星座映射圖上的位置之后，通過一個(gè)快時(shí)鐘將得到的 6 比特符號(hào)串行輸出，整個(gè) 64QAM 逆映射設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 RTL 編碼流程如圖 17 所示。當(dāng)該逆映射模塊接收到一個(gè)觀察值，首先取出該觀察值的實(shí)部、虛部的符號(hào)，并計(jì)算該觀察 值的實(shí)部、虛部的絕對(duì)值大小。之后根據(jù)觀察值所在的象限判定映射符號(hào)的前兩位，根抓實(shí)部絕對(duì)值的大小判定映射符號(hào)的第 3,5 位，根據(jù)虛部絕對(duì)值的大小判定映射符號(hào)的第 4,6 位。得到映射符號(hào)的 6 位判決結(jié)果之后利用快時(shí)鐘將此 6 比特?cái)?shù)據(jù)串行輸出。判決過程中，對(duì)于處于臨界值的點(diǎn)，取靠近坐標(biāo)軸的結(jié)果。 圖 17 整個(gè) 64QAM 逆映射設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的 RTL 編碼流程 從圖 17 中可以看出，定時(shí)等待、取實(shí)部和虛部的符號(hào)與計(jì)算實(shí)部、虛部的絕對(duì)值的 RTL 代碼是并行執(zhí)行的，這也是 verilog 硬件描述語(yǔ)言的主要特點(diǎn)之一。圖 17種的兩個(gè)陰影模塊所示的分別為第 1,2比特和第 3,4,5,6比特的判定， 這 兩 部分的 RTL編碼流程分別如圖 18和 19所示。如圖 18所示，通過判定觀察值的實(shí)部和虛部的符號(hào)來(lái)判定前兩個(gè)比特的值。若實(shí)部為 lT.，則第！個(gè)比特為 O，否則第 1 個(gè)比特為 1。若虛部為正，則第 2 個(gè)比特為 O，臺(tái)則第 2個(gè)比特為 1。 圖 18 64QAM 解調(diào) 1,2 比特的判定 RTL 編碼流程 在圖 19 中，通過判定觀察值絕對(duì)值的大小來(lái)判定第 3,4,5,6比特的值。實(shí)部的絕對(duì)值決定第 3,5比特的值，虎部的絕對(duì)值決定第 4,6 比特的值。具體的判決規(guī)則與圖 16一 致。 圖 19 64QAM 解調(diào) 3,4,5,6 比特的判定 RTL 編碼流程 分別在四個(gè)象限內(nèi)各取兩個(gè)觀察值，對(duì)該 64QAM 解調(diào)模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證。表 6 示出了在各個(gè)象限的取值、在 Modelsim的測(cè)試激勵(lì)中這些值的十六進(jìn)制表示以及理論上的判決結(jié)果。 圖 6 64QAM 解調(diào)校塊功能驗(yàn)證數(shù)據(jù) 將表 6 中的觀察值作為輸入，得到的該 64QAM模塊的功能仿真結(jié)果如圖 20 所示。其中 clk為解調(diào)數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘， clk6為比特輸出時(shí)鐘， clk6 為的時(shí)’鐘頻率是 clk的 4倍，這兩個(gè)時(shí)鐘都由系統(tǒng)的時(shí)鐘控制模塊產(chǎn)生。信號(hào) yout為映射的符 號(hào)碼字，信號(hào) dataout 為經(jīng)過并串變換之后的串行比特流輸出，信號(hào) dv 為解調(diào)輸出信號(hào)有效的指示信號(hào)。從圖 中 可以看到，得到的仿真結(jié)果為｛ 010010｝ ， {001010}， {101011},｛ 110101},…，與表 6 中的理淪值完全吻合，從而可以確定該解調(diào)模塊功能正確。 圖 20 64QAM 解調(diào)模塊的功能仿真結(jié)果 5 .MC 一 COMA 調(diào)制解調(diào)的硬件實(shí)現(xiàn) 在 MIMO 環(huán)境一「，為有效可靠地支持?jǐn)?shù)據(jù)速率為數(shù)十兆 bit/s 甚至數(shù)百兆 bit/s 的全 IP 高速分組數(shù)據(jù)傳輸，必須采用多載波并行傳輸技術(shù)。多載波方案應(yīng)當(dāng)能夠適 于各種多天線環(huán)境，抵抗諸如多徑干擾、衰落、頻偏和多普勒頻移、同步與定時(shí)偏差以及多用戶干擾等各種信道干擾和失真，更易于擴(kuò)展帶寬和支持可變的用戶速率。 方案設(shè)計(jì) 根據(jù) MC 一 CDMA 調(diào)制解調(diào)的基本原理，在本文的方案設(shè)計(jì)中將其調(diào)制過程劃分為符號(hào)復(fù)制，頻域擴(kuò)頻，載波調(diào)制三個(gè)功能模塊，解調(diào)過程劃分為載波解調(diào)，解擴(kuò)和頻域合并三個(gè)功能模塊?？紤]到代碼的整齊和運(yùn)算速度的要求，在設(shè)計(jì)中采用了流水線操作進(jìn)行；材示處理，在必要的情況下，又將各功能模塊再分為幾個(gè)子模塊，具體的功能模塊框圖如圖 21 所示。 圖 21 MC 一 CDMA 調(diào)制解調(diào)功能模塊框圖 根據(jù) 需求 ，本文設(shè)計(jì)方案的子載波數(shù)為 32，擴(kuò)頻碼由長(zhǎng)度為 32的 OVSF 碼發(fā)生器產(chǎn)生，通過設(shè)置 OVSF碼發(fā)生器的參數(shù)，可以選擇 32種不同的碼字中的一種進(jìn)行擴(kuò)頻來(lái)區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)。各個(gè)模塊之間的時(shí)序關(guān)系通過 ens 等控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，前端模塊運(yùn)算完成才觸發(fā)后端模塊，從而實(shí)現(xiàn)流水線操作。從圖中可以看到，調(diào)制器與解調(diào)器結(jié)構(gòu)上相對(duì)應(yīng)的各個(gè)模塊之間，在功能上是相反的逆過程， 下面 詳細(xì)介紹各模塊的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。 實(shí)現(xiàn) MC 一 CDMA 調(diào)制功能的程序結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。該圖說(shuō)明了實(shí)現(xiàn) MC一 CDMA 調(diào)制的所有 程序模塊之間的關(guān)系和信號(hào)流程。其中 MC 一 CDMA 模塊為項(xiàng)層模塊，第二行的三個(gè)函數(shù)為一級(jí)子模塊，第三行的函數(shù)為二級(jí)模塊。進(jìn)入 MC 一 CDMA 調(diào)制器的數(shù)據(jù)符號(hào)首先經(jīng)過 N 次復(fù)制， 本 文系統(tǒng)中 N=32,Copy32 子程序模塊即用于實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制中的符號(hào)復(fù)制功能。復(fù)制之后的數(shù)據(jù)送入頻域擴(kuò)頻模塊 sPreading，經(jīng)由長(zhǎng)度為 32 的OVsF碼序列進(jìn)行擴(kuò)頻處理后送入 IFFT32運(yùn)算模塊實(shí)現(xiàn)頻域到時(shí)域的變換，完成 MC一 CDMA 調(diào)制。程序結(jié)構(gòu)圖 21 中的 delay模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存。 圖 22 MC 一 CDMA 實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)圖 圖 23 是使用 Synplyify 綜合得到 MC