基于FPGA的8PSK軟解調(diào)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要：先分析了8PSK 的軟解調(diào)原理，針對(duì)最優(yōu)的對(duì)數(shù)似然比（LLR）運(yùn)算復(fù)雜度較高的特點(diǎn)，選用了相對(duì)簡(jiǎn)化的最大值（MAX）算法作為可編程邏輯門陣列（FGPA）硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案。隨后，通過(guò)QUARTUS II 仿真平臺(tái)對(duì)8PSK 軟解調(diào)器進(jìn)行了硬件描述語(yǔ)言（VHDL）的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和功能仿真，并通過(guò)與LDPC 譯碼模塊級(jí)聯(lián)在Altera 公司的STratix II 系列FPGA 芯片上完成最終測(cè)試。通過(guò)與MATLAB 仿真結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證上述簡(jiǎn)化8PSK 軟解調(diào)器設(shè)計(jì)的正確性和可行性。

　　0 引言

　　隨著衛(wèi)星通信服務(wù)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高。2003 年，衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播（DVB-S2）系統(tǒng)采用了高效的低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC），提高了大約30%的帶寬效率。眾所周知，衛(wèi)星通信系統(tǒng)中常用LDPC 與BCH 級(jí)聯(lián)的前向糾錯(cuò)編碼來(lái)獲得較高的性能，為了達(dá)到這種性能要求，接收信號(hào)在解調(diào)部分需要使用軟解調(diào)，因此在高階調(diào)制系統(tǒng)（例如8PSK）中，需要一種合適的，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的軟解調(diào)技術(shù)來(lái)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解映射。在傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)數(shù)似然比（LLR）算法作為性能最優(yōu)算法常被用于軟判決技術(shù)中，然而由于該算法的復(fù)雜度過(guò)高，涉及到多次對(duì)數(shù)與指數(shù)運(yùn)算，不適合于硬件實(shí)現(xiàn)，因此，很多簡(jiǎn)化軟判算法相繼出現(xiàn)。其中最大值（MAX）算法在LLR 算法的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了指數(shù)和對(duì)數(shù)運(yùn)算，其硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度與LLR 相比大大降低，同時(shí)相比LLR 算法性能損失較小。因此，在通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，通常選用MAX 算法作為一種合適的軟解調(diào)算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行軟解調(diào)。

　　這里首先分析了8PSK 軟解調(diào)算法的復(fù)雜度以及MAX算法的基本原理，并在Altera 公司的Stratix II 系列FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了此軟解調(diào)硬件模塊，同時(shí)與LDPC 譯碼模塊進(jìn)行了聯(lián)合驗(yàn)證。通過(guò)軟硬件驗(yàn)證和分析表明，此設(shè)計(jì)在運(yùn)算復(fù)雜度、吞吐量、最終誤碼性能上取得很好的折中。

　　1 8PSK 軟解調(diào)原理

　　8PSK 的調(diào)制星座圖如圖1 所示，每個(gè)符號(hào)代表三個(gè)比特， 式（1）表示經(jīng)過(guò)高斯白噪聲信道后接收信號(hào)的概率密度函數(shù)，式（2）描述了星座圖上每個(gè)星座點(diǎn)的值，Si 代表該星座圖上1 到8 個(gè)星座點(diǎn)。

圖1 8PSK 調(diào)制星座