基于FPGA的8PSK軟解調的研究與實(shí)現

摘 要：先分析了8PSK 的軟解調原理，針對最優(yōu)的對數似然比（LLR）運算復雜度較高的特點(diǎn)，選用了相對簡(jiǎn)化的最大值（MAX）算法作為可編程邏輯門(mén)陣列（FGPA）硬件平臺實(shí)現方案。隨后，通過(guò)QUARTUS II 仿真平臺對8PSK 軟解調器進(jìn)行了硬件描述語(yǔ)言（VHDL）的設計實(shí)現和功能仿真，并通過(guò)與LDPC 譯碼模塊級聯(lián)在A(yíng)ltera 公司的STratix II 系列FPGA 芯片上完成最終測試。通過(guò)與MATLAB 仿真結果進(jìn)行比較，驗證上述簡(jiǎn)化8PSK 軟解調器設計的正確性和可行性。

　　0 引言

　　隨著(zhù)衛星通信服務(wù)業(yè)的發(fā)展，人們對服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高。2003 年，衛星數字視頻廣播（DVB-S2）系統采用了高效的低密度奇偶校驗碼（LDPC），提高了大約30%的帶寬效率。眾所周知，衛星通信系統中常用LDPC 與BCH 級聯(lián)的前向糾錯編碼來(lái)獲得較高的性能，為了達到這種性能要求，接收信號在解調部分需要使用軟解調，因此在高階調制系統（例如8PSK）中，需要一種合適的，簡(jiǎn)單易實(shí)現的軟解調技術(shù)來(lái)對接收信號進(jìn)行解映射。在傳統的無(wú)線(xiàn)通信系統設計中，對數似然比（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雜度過(guò)高，涉及到多次對數與指數運算，不適合于硬件實(shí)現，因此，很多簡(jiǎn)化軟判算法相繼出現。其中最大值（MAX）算法在LLR 算法的基礎上簡(jiǎn)化了指數和對數運算，其硬件實(shí)現復雜度與LLR 相比大大降低，同時(shí)相比LLR 算法性能損失較小。因此，在通信系統硬件設計中，通常選用MAX 算法作為一種合適的軟解調算法對接收信號進(jìn)行軟解調。

　　這里首先分析了8PSK 軟解調算法的復雜度以及MAX算法的基本原理，并在A(yíng)ltera 公司的Stratix II 系列FPGA芯片上實(shí)現了此軟解調硬件模塊，同時(shí)與LDPC 譯碼模塊進(jìn)行了聯(lián)合驗證。通過(guò)軟硬件驗證和分析表明，此設計在運算復雜度、吞吐量、最終誤碼性能上取得很好的折中。

　　1 8PSK 軟解調原理

　　8PSK 的調制星座圖如圖1 所示，每個(gè)符號代表三個(gè)比特， 式（1）表示經(jīng)過(guò)高斯白噪聲信道后接收信號的概率密度函數，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 調制星座