【文章內容簡介】 路，重點考慮各個子模塊自身處理的特點去進行設計。由于通用處理器有自身的運行特點，在做相關設計、代碼編寫工作時，需要充分將這些因素考慮在內，形成科學的設計思路。這樣才能充分發(fā)揮出通用處理器的強大處理能力，并能將最終的實現(xiàn)盡可能優(yōu)化，以較低的成本完成目標功能。以前的研究都是在芯片等硬件上直接做設計的，而本課題中基于通用處理器平臺的設計，指的就是通過電腦用戶界面，在CPU（中央處理器）上，用軟件進行的設計。 課題的主要內容 軟解調模塊 軟判決與硬判決在接收端的解調和譯碼過程中，根據(jù)對接收碼元處理方式的不同，可以分為硬判決譯碼和軟判決譯碼兩種。傳統(tǒng)上一般認為最佳接收機應設計為：解調器首先對調制輸入符號做出最佳判決，然后將此硬判決結果送給譯碼器，譯碼器再對其做一個最佳判決，以糾正解調器可能發(fā)生的錯誤判決，這樣得到的就是硬判決譯碼。單獨的解調操作（即硬解調操作）是根據(jù)當前接收信號，判決發(fā)送信號中的某一個元素。硬解調操作的輸出是某個元素或者是該元素對應的比特序列。在這樣的硬判決譯碼方案中，調制解調與信道編碼是獨立的。但事實上如果解調器能送給譯碼器一個關于“調制器不同輸入符號可能性”的似然信息序列，或未量化的輸出，讓譯碼器將這些信息與編碼信息綜合在一起作出判決，則系統(tǒng)性能可以得到較大提高。這樣的譯碼方式就是軟判決譯碼。兩種解調過程大同小異，基本思想就是采用相關解調。兩種判決檢測方式各具優(yōu)點，但當強干擾存在，且發(fā)送有用信號功率保持不變的條件下，硬判決檢測(Hard Decision Detection)可獲得比軟判決檢測(Soft Decision Detection)更好的誤碼率性能。但是現(xiàn)在廣泛使用的Turbo碼和LDPC碼的譯碼器需要的輸入是對應每個比特取值為0（或為1）的概率或者該概率的單調函數(shù)。一般為簡化譯碼器操作，使用對數(shù)似然比LLR，這就需要解調操作的輸出不是二進制序列而是每個比特取值為1(或為0)的概率，這就是軟解調。LTE系統(tǒng)PUSCH信道中，解調模塊傳輸?shù)氖擒浶畔ⅲ瑸榱吮ＷC譯碼的準確性，譯碼采用logmap算法，其入口參數(shù)為似然比值（軟信息），所以在調制時采用軟解調，而不是傳統(tǒng)的硬判決。 LogMAP LLR算法軟解調模塊涉及到的主要算法為LogMAP（對數(shù)最大后驗概率）Log Likelihood Ratios (LLRs)，即計算對數(shù)似然比，也就是LLR值。對數(shù)似然比的公式為： （式21）其中，是接收到的星座點是“0”的概率之和，是接收到的星座點是“1”的概率和。這里， （式22）其中，是接收到的數(shù)據(jù)點，是基準星座點，是信號的噪聲功率。所以，LLR等式也變換為： （式23）其中 是星座圖中待定比特判為“1”的點的位置，而是待定比特為“0”的點在星座圖中的位置。這種算法稱為最優(yōu)算法，即為LogMAP算法。由于原始符號映射的關系，可以利用一個最佳的簡化式，即計算每個比特的LLR值時，只需要考慮包含其相關比特信息的那條軸。即每一位的判決都只由星座圖中的一條軸決定。這項措施大大減少了執(zhí)行過程的復雜性，大概達到了50%，并且?guī)缀鯖]有性能損耗和誤差。另一個最佳簡化式是算法Jacobian（雅克比算法），即： （式24）Jacobian算法用于迭代計算三個或者更多數(shù)據(jù)的指數(shù)之和，利用它，代入式（23）LLR原始公式中，即可得到計算LLR值的一種簡化算法。PUSCH中（物理上行共享信道）主要采用QPSK、16QAM 和64QAM三種調制方式。因為調制階數(shù)越高，系統(tǒng)性能越差，所以上行鏈路調制一般階數(shù)較低。解調與調制互為逆過程，所以可以根據(jù)協(xié)議中調制的過程作為參考，來完成解調模塊的設計與算法實現(xiàn)。QPSK、16QAM 和64QAM三種調制方式的映射表見附表1，附表2，附表3。 解比特加擾模塊 加解擾的意義設計數(shù)字通信系統(tǒng)時，通常假設信源序列是隨機序列，而實際信源發(fā)出的序列不一定滿足此條件，尤其出現(xiàn)長0串時，給接收端提取定時信號帶來一定困難。通常，數(shù)字通信系統(tǒng)中接收端的碼元同步信號是從接收到的數(shù)字信號的“0”和“1”的交變時刻中提取的，如果數(shù)字信號序列中經(jīng)常出現(xiàn)長游程（0或1游程），則將會長時間不出現(xiàn)“0”和“1”碼元的交變點，從而影響碼元同步的建立和保持。因此希望傳送的數(shù)字信號序列中不出現(xiàn)長游程，也不存在周期性分量，因為這些周期分量的不同頻率的諧波會由于電路中的非線性而產生交調干擾[6]。為解決上述幾個問題，通常會對信源序列進行擾碼處理，以使其隨機化。在接收端再把加擾后的序列用同樣的擾碼序列解擾處理，恢復原有的信源序列。擾碼可以減少連“0”或連“1”長度，保證接收機能提取到位定時信號。使加擾后的信號頻譜更能適合基帶傳輸，有時候也是保密通信的需要。 擾碼的產生擾碼為寄存器長度為31的隨機Golden序列，其初始狀態(tài)與小區(qū)的,用戶的及時隙號有關。，此處所求偽隨機序列長度為MPN，它的生成是由以下公式定義的： （式24）其中，Nc=1600，n=0,1,……,MPN1. 第一個m序列是由下式 （式25）得到的，第二個31位長的m序列則是由下式得出。 （式26）在PUSCH中，擾碼初始信息： （式27）來自上層控制信息。得出x1(n)，x2(n)，n=0,1,……30后，再根據(jù)公式（24）得出所求擾碼序列。 解擾的原理通常，系統(tǒng)中會利用加擾解擾技術。在發(fā)送端用擾碼器來改變原始數(shù)字信號的統(tǒng)計特性，而接收端用解擾器恢復出原始數(shù)字信號。按照協(xié)議的規(guī)定生成擾碼序列，并以此序列對接收到的數(shù)據(jù)流進行解擾[7]。接收數(shù)據(jù)流通常是有符號的軟信息，因此解擾時，根據(jù)擾碼序列中的比特1或0對數(shù)據(jù)流進行改變正負性或者不變。解擾與加擾各自都是互為逆運算的關系，所以可根據(jù)協(xié)議中對加擾的描述來作為解擾的參考，完成比特級解擾模塊的設計與算法實現(xiàn)。第三章 模塊設計與具體實現(xiàn) 軟解調模塊設計及具體實現(xiàn) 軟解調模塊具體設計思路及過程本模塊實現(xiàn)軟解調功能。支持QPSK、16QAM、64QAM三種調制方式。輸入為復數(shù)符號，來自IDFT模塊的輸出；輸出為軟比特，輸出到Descrambling（解擾）模塊。軟解調基本算法為LogMAP（對數(shù)最大后驗概率），計算每個符號的LLR（Log Likelihood Ratio 對數(shù)似然比）。上文提到（參見式（23）），最優(yōu)算法LogMAP LLR公式如下： （式23）其中，是接收到的數(shù)據(jù)點，是基準星座點，是信號的噪聲功率。這里，可以查詢協(xié)議TS 、16QAM、64QAM三種調制方式的映射關系[8]，可以在VC中編寫C語言。QPSK對應2個LLR值，16QAM對應4個LLR值，64QAM對應6個LLR值。所以程序功能重點在于求各調制方式下的LLR值。編程過程中，將每種方式映射值與LLR一一對應，將解調各種情況用列舉法編入程序，進行判決。如QPSK、16QAM方式解調主要代碼段如下：圖31 QPSK方式解調主要代碼段圖32 16QAM方式解調主要代碼段不難看出，這種方法實施十分麻煩。調制階數(shù)越高，算法越冗繁，性能越差。64QAM方式解調代碼更加繁瑣，加上一些輔助函數(shù)及判斷調制方式函數(shù)等，使得程序十分冗雜。追根究底，是由于式（23）中的LLR值計算公式運算繁瑣造成的。故后來改變算法，利用式（24）中的公式，即Jacobian算法（雅克比算法），來簡化LLR計算公式： （式24）Jacobian算法用于迭代計算三個或者更多數(shù)據(jù)的指數(shù)之和，是LogMAP的一種優(yōu)化算法，大大簡化了編程工作，而且使得程序具有更好的可讀性。整體流程圖及接口結構為：圖33 解調模塊整體流程圖圖34 模塊接口結構圖 函數(shù)輸入輸出（1）輸入控制信息格式：demod_info *ctrl_Demod：來自上行調度控制信息的指向結構體類型的指針，；typedef struct{ Uint16_t Type_mod。//調制方式:1 QPSK,2 16QAM,3 64QAM Uint16_t Num_symb。//子幀中符號, 實部和虛部分離開(twice) Uint16_t SNR。//信噪比，siga^2}demod_info。（2）輸入數(shù)據(jù)格式：輸入數(shù)據(jù)存儲在全局數(shù)組out_IDFT[N_MAX_datasym]內，可直接對其調用、賦值等操作。數(shù)組中先放輸入復數(shù)符號的實部，再放虛部，一個復數(shù)符號占2個數(shù)組元素長度。數(shù)組類型為Sint16_t，為16位有符號整型。（3）輸出數(shù)據(jù)格式：輸入數(shù)據(jù)存儲在全局數(shù)組out_demod[N_MAX_databit]內，可直接對其賦值，供下一模塊調用。數(shù)組中一個軟比特信息占一個數(shù)組元素長度。數(shù)組類型為Sint8_t，為8位有符號整型。（4）函數(shù)輸入輸出：void eNbRxDemod(demod_info *ctrl_Demod)表31 解調函數(shù)接口定義名稱類型（TBD）I/O描述數(shù)據(jù)流out_IDFT[]Sint16_tI待處理數(shù)組空間out_demod[]Sint8_tO處理后的數(shù)據(jù)空間控制流Type_modUint16_tI調制方式Num_symbUint16_tI輸入的符號數(shù)SNRUint16_tI信道的信噪比 函數(shù)具體實現(xiàn)流程 QPSK軟解調過程圖35 QPSK軟解調過程 16QAM軟解調過程圖36 16QAM軟解調過程 64QAM軟解調過程圖37 64QAM軟解調過程 解比特加擾模塊設計及具體實現(xiàn) 解比特加擾模塊具體設計思路及過程本模塊實現(xiàn)比特解擾功能。此模塊主要分為兩個功能函數(shù)，分別完成擾碼序列的生成和解擾的功能。首先按照協(xié)議的規(guī)定生成擾碼序列，并以此序列對接收到的數(shù)據(jù)流進行解擾。接收數(shù)據(jù)流通常是有符號的軟信息，因此解擾時，根據(jù)擾碼序列中的比特1或0對數(shù)據(jù)流進行改變正負性或者不變。，產生加擾序列。擾碼為寄存器長度為31的隨機Golden序列，其初始狀態(tài)與小區(qū)的，用戶的及時隙號有關。然后按照下面規(guī)則 （式31）進行解擾。即利用前面生成的擾碼序列對輸入數(shù)據(jù)流進行判斷，若擾碼序列對應位為1，則輸入序列取反輸出；若擾碼序列對應位為0，則輸入序列對應位不變輸出。整體流程圖為： NY從上層得到輸入控制信息（擾碼初始信息C_int及序列長度M_bit）和輸入數(shù)據(jù)out_demod[]調用擾碼生成函數(shù)mon_gold_gen生成擾碼序列gold_seq[MPN]解擾函數(shù)eNbRxDeScrambling，根據(jù)擾碼序列對輸入數(shù)據(jù)out_demod[ ]進行判斷，解擾對應擾碼位為1對應數(shù)據(jù)取反 out_demod[tempIdx]= out_demod[tempIdx]對應數(shù)據(jù)不變out_demod[tempIdx]= out_demod[tempIdx]解擾序列out_demod生成調用C_int, M_bit結束開始圖38 解比特加擾模塊整體流程圖 函數(shù)輸入輸出（1）輸入控制信息格式：ctrl *ctrlinDescram：來自上層的指向含控制信息的結構體的指針，具體定義見頭件；typedef struct ctrl //控制信息結構體{ Uint32_t C_init。//輸入數(shù)據(jù)的控制信息Uint32_t M_bit。//輸入數(shù)據(jù)長度}ctrlinDescram。圖39 解擾模塊輸入控制信息格式（2）輸入數(shù)據(jù)格式：Sint8_t *out_demod：指向解擾模塊輸入數(shù)據(jù)序列的指針，其數(shù)組長度為一個子幀中PUSCH占用的RE數(shù)，.N_MAX_databit圖310 解擾模塊輸入數(shù)據(jù)格式（3）輸出數(shù)據(jù)格式Sint8_t *out_demod：指向解擾模塊輸出數(shù)據(jù)的指針，其解擾序列長度與輸入數(shù)據(jù)長度相同，輸出數(shù)據(jù)格式：數(shù)組Sint8_t out_demod[N_MAX_databit]N_MAX_databit圖311 解擾模塊輸出數(shù)據(jù)格式與輸入數(shù)據(jù)格式不同的是：此時為經(jīng)過解擾的數(shù)據(jù)。（4）函數(shù)輸入輸出void mon_gold_gen(Uint32_t C_init,//輸入初始控制信息 Uint32_t M_bit, Uint8_t *gold_seq)。//擾碼序列void eNbRxDeScrambling(ctrlinDescram *ctrlinDescram)。//輸入控制信息解擾函數(shù)調用了擾碼生成函數(shù)，利用中間生成的擾碼對輸入數(shù)據(jù)進行解擾。表32 解擾函數(shù)接口定義名稱類型I/O描述數(shù)據(jù)流out_demod[N_MAX_databit]Sint8_tI解擾模塊輸入數(shù)據(jù)，其長度為一個子幀中PUSCH占用的RE數(shù)out_demod[N_MAX_databit]Sint8_tO解擾模塊輸出數(shù)據(jù)，其長度與輸入數(shù)據(jù)長度相同；控制流CinitUint16_tI輸入控制信息M_bitUint16_tI 解擾模塊輸入的數(shù)據(jù)長度 函數(shù)具體實現(xiàn) 擾碼生成函數(shù)具體實現(xiàn)圖312 擾碼生成函數(shù)具體實現(xiàn)程序 解擾判斷函數(shù)具體實現(xiàn)圖313 解擾判斷函數(shù)部分具體實現(xiàn)程序第四章 功能測試及性能優(yōu)化 功能測試 測試基本方法為了進行功能測試，就是要對程序進行驗證。通過編寫主函數(shù)，給出特定輸入信息，通過程序實際運行后的結果，驗證其正確與否來判斷程序的正確性。而最直觀的方法就是將程序運行結果輸出生成文本，與其輸入數(shù)據(jù)應該得到的理論結果相比較，驗