FPGA無限通信技巧—位交織

當調(diào)制方式為16-AQM,64-QAM和256-QAM時需要做位交織，交織的目的是將突發(fā)的錯誤分散開來，把一個較長的突發(fā)差錯離散成隨機差錯，再用隨機差錯的編碼(FEC)等信道編碼技術(shù)消除隨機差錯，提高通信的可靠性。交織的越深，抗突發(fā)錯誤的能力也越強。位交織的本質(zhì)是做矩陣的轉(zhuǎn)置運算，需要轉(zhuǎn)置的數(shù)據(jù)包括信息位和校驗位，在交織的過程中分兩步完成，步為檢驗位交織，第二步為列旋轉(zhuǎn)交織。

1.QAM調(diào)制方式介紹

QAM正交振幅調(diào)制，其幅度和相位同時變化，屬于非恒包絡(luò)二維調(diào)制。它把2ASK和2PSK兩種調(diào)制結(jié)合起來，使得帶寬得到雙倍擴展。ASK和PSK調(diào)制方式如下圖所示：

QAM調(diào)制技術(shù)用兩路獨立的基帶信號對頻率相同、相位正交的兩個載波進行調(diào)幅，并將已調(diào)信號加在一起進行傳輸。nQAM代表n個狀態(tài)的正交調(diào)幅，一般有二進制(4QAM)、四進制(16QAM)、八進制(64QAM)、十六進制(256QAM)。得到多進制的QAM信號，需要將二進制信號轉(zhuǎn)換為m電平的多進制信號，然后進行正交調(diào)制，相加輸出。

通信系統(tǒng)中通常把信號矢量端點的分布圖成為星座圖，同眼圖相比，星座圖可以看成數(shù)字信號的一個二維眼圖陣列，屏幕上的圖形對應(yīng)著幅度和相位，通過星座圖，可以發(fā)現(xiàn)諸如幅度噪聲，相位噪聲，相位誤差等調(diào)制問題，采用格雷碼編碼技術(shù)，16QAM星座圖編碼映射關(guān)系如下圖所示：

橫縱、坐標的取值均有4種，分別為±1、±3，每種坐標需要3bit二進制來表示，差分編碼后輸入的符號與QAM調(diào)制系統(tǒng)中的I、Q之路幅值映射關(guān)系如下表所示：

2. 檢驗位交織

檢驗位進行交織的時候，信息為的數(shù)據(jù)需要保持不變，檢驗位交織需要滿足以下方程：

根據(jù)校驗位交織地址生成公式可知，交織前的矩陣為Qldpc*360，即依次向數(shù)據(jù)每行寫入360個數(shù)，第361個數(shù)為第二行列數(shù)，依次類推。存放Rom地址如圖所示：

交織的本質(zhì)是行進列出，即取數(shù)據(jù)依次如下地址取數(shù)據(jù)，重新生成新的一組向量Matlab 中，重新產(chǎn)生讀數(shù)據(jù)的地址索引，即可實現(xiàn)矩陣的轉(zhuǎn)置，使用兩個for循環(huán)在硬件平臺上實現(xiàn)上述操作則需要兩個計數(shù)器來實現(xiàn)地址的累加，實現(xiàn)的波形如圖所示3. 列旋轉(zhuǎn)交織

校驗位交織輸出ui按列順序依次寫入列旋轉(zhuǎn)交織器，然后按行依次讀出，完成列旋轉(zhuǎn)交織，每列寫入的起始位置由tc決定，整個旋轉(zhuǎn)交織見下圖列旋轉(zhuǎn)交織用公式表示如下：

輸入為ui，0≤i≤Nldpc，寫入交織器的ci列，ri行，其中列旋轉(zhuǎn)交織器的輸出為ui，0≤i≤Nldpc，從交織器的ri行，ci列讀出，其中列旋轉(zhuǎn)交織測參數(shù)為Nldpc = 16200,Rows Nr =2025,Columns Nc = 8,列旋轉(zhuǎn)參數(shù)tc見下表交織之前的數(shù)據(jù)地址為

對于列旋轉(zhuǎn)交織，每列Tc的值都是確定的，因此可以按照一定規(guī)律求出每列的地址，如下圖所示，以第四列Tc為7為例，即數(shù)據(jù)整體往后移7行，7行的數(shù)據(jù)，移到前面的幾行。求出新的地址后，依次將行地址數(shù)據(jù)讀出即完成位旋轉(zhuǎn)交織。

在計算列旋轉(zhuǎn)交織的時候需要考慮固定延遲Tc，在matlab中，可以這樣得到交織的結(jié)果相比奇偶校驗，列旋轉(zhuǎn)交織多了Tc的延遲，需要在正常產(chǎn)生地址的情況下再進行操作，正常地址產(chǎn)生的操作同奇偶校驗。Tc是21，因此可以定義一個狀態(tài)機來完成此操作，如下：

對照交織之后得到的地址矩陣，在狀態(tài)Row_1讀取行的地址，前三列Tc =0，不做任何操作，正常讀出轉(zhuǎn)置后的地址即可;第四列需要加上2025-1，第五列加2025-7，后面的三列也按照Tc的延遲進行操作。Row_2代表第二行，依次類推，讀完21行之后，相同的列對應(yīng)的操作都一樣，都在Row_last中完成Gen_end表示交織完成，跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)0，等待下一幀的操作。

從以往的學習經(jīng)驗來看，想從新手進階為FPGA高手、行業(yè)資深FPGA開發(fā)工程師，您不僅要學習基礎(chǔ)的數(shù)字電路知識，掌握基礎(chǔ)電路如組合邏輯、時序邏輯電路的原理與實現(xiàn)方法。編程語言方面，學會使用硬件描述語言Verilog或者VHDL，并選擇相應(yīng)FPGA開發(fā)平臺設(shè)計軟件(Quartus或者ISE)，找相關(guān)的實例“抄寫”代碼，逐漸熟悉FPGA硬件語言編程及編譯器使用。經(jīng)過前面一段的鋪墊學習，然后你就可以自行嘗試設(shè)計數(shù)字電路了。在做項目的時候，根據(jù)提供時序圖使用HDL語言去完成它，這時候你就可以購買FPGA開發(fā)板去完成項目后續(xù)設(shè)計、驗證和sim仿真設(shè)計了。

審核編輯：湯梓紅