基于FPGA器件和只读存储器实现QAM解调器的设计

王锦山 发表于 2020-07-24 09:07:11 收藏 已收藏
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基于FPGA器件和只读存储器实现QAM解调器的设计

王锦山 发表于 2020-07-24 09:07:11
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1、引言

在实际通信信道上传输数字信号时,由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响,接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在一定的信噪比范围内获得较好的误码率指标,首先要合理设计基带信号,选择调制解调方式,采用时域、频域均衡等技术使误码率尽可能降低。在通信系统中常用的调制方法一般为QPSK和M阶QAM调制(M=4,8,16,32,64,256…)。对QPSK调制来说,调制点的幅度是相同的,只是相位不同,解调时可不考虑信噪比和衰落幅度的影响。对QAM调制来说,调制点的幅度和相位可各不相同,这时要求准确了解信噪比和衰落情况,因此要与信道估计结合起来考虑。在DVB-S,DVB-T,DVB-H,802.16等OFDM系统中,为了传送更多的信息比特,常采用较高的调制方法,如16QAM,2QAM,64QAM等在基带处理中,用于解凋的方法主要分为硬判决和软判决,由于软判决的性能优于硬判决,一般是把解调得到的软信息输入到译码器进行译码。

广科院、北京泰美世纪科技和中兴通讯等单位提出的sTiMi手机电视标准受到广泛关注,此标准在手机电视物理层、传输层、复用层等方面提出了许多核心专利,完全拥有自主知识产权,此标准已成为广电系统的行业标准,sTiMi手机电视标准…支持16QAM。同时,DVB-H在国外的于机电视标准中发展较为成熟,应用广泛。中兴通讯公司设汁的基带芯片将采用双模设计引,同时支持DVB-H标准和sTiMi标准。手机电视终端基带芯片要求支持16QAM,64QAM等调制方式,设计硬件实现简单、性能优良的解调装置可降低基带芯片的总成本。本文重点讨论QAM解调器的设计。

2、 三星公司方案介绍

三星公司提出的QAM解调器方案体现在其一项名为“Demodulation apparatus and method in a communieation system employing 16-ary QAM”的专利中。此专利提出了简化的双最小量度方法,使得16QAM解调器可用双最小量度过程简化信道译码输入软信息的获得,而无须通过映射表或其他复杂过程来得到接收信号的最小距离值,硬件实现比较简单。

该专利提出的16QAM解调器框图如图1所示。

基于FPGA器件和只读存储器实现QAM解调器的设计

该方案用于CDMA系统是可行的,因CDMA系统无须支持64QAM解调,且对16QAM解调的硬件复杂度是可接受的。在进行软判决时要对输出比特计算对数似然比(LLR),并用得到的LLR作为信道译码输入软信息值。该专利没有给出64QAM的解调实现,且其解调方法虽是格雷映射,但QAM的映射次序和手机电视系统中的QAM映射次序不同,因此应用于手机电视终端时解调算法要进行相应调整。本文给出适用于手机电视终端的16QAM解调、64QAM解调方案。

3、QAM解调算法

4、 硬件实现方案

本文设计的QAM解调器如图2所示,主要包括:

1)解调控制器模块:主要功能是控制其他模块的工作及数据流向,主要是根据调制类型(16QAM或64QAM)作一个判断,将输入数据透传给相应解调模块。

索,获得解调参数,然后用16QAM解调公式计算并解调输出。

3)64QAM解调模块。使对64QAM参数存储单元进行检索,获得解调参数,然后用64QAM解调公式计算并解调输出:

4)16QAM参数存储单元。建议采用2个只读存储器(ROM)进行并行处理该模块存储了解调参数α与β的数值。存储单元大小为4个条目深,2 bit位宽。

5)64QAM参数存储单元:同样建议采用ROM。该模块存储了共18个解调参数的数值。存储单元人小为16个条目深,18 bit位宽。

由图2中的解调控制器模块接收到调制数据fec2demod_data,对调制类型fec2demod_type进行分析判断后,把凋制数据demod_data分别送到16QAM解调模块或64QAM解凋模块:进行16QAM解调时,16QAM解调模块把地址addrx送给16QAM参数存储单元,并渎取解调参数qx进行处理,16QAM解调模块将解调后的数据demod_dout0送给解调控制器模块;进行64QAM解凋时与此类似,但解调参数为q,解调后的数据为demod_dout1。解凋完成后解倜控制器模块将解调数据demod2fec_data及调制类型demod2fec_type送给下一级译码模块。

5、 测试与小结

通过算法仿真,本文采用的算法能够满足手机电视终端的性能要求通过FPGA硬件实现,本文的硬件实现方案仅需要2块ROM(只读存储器)和极少量逻辑电路,一块ROM大小为2×4 bit,另一块ROM大小为18×16 bil,占用的芯片面积较小 而二星的方案仅给出16QAM解调实现方案,采用类似方案实现64QAM解调,则需要大量的复用器,占用的芯片面积较大,通过以上分析可见,本文设计的解调器能够实现16QAM和64QAM解调,能够应用十手机电视终端基带芯片,且硬件实现简单,节省了基带芯片总体成本。

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