卷积码+qpsk的中频调制解调系统的fpga实现

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1、卷积码+QPSK的中频调制解调系统的FPGA实现：提出了一个采用（２，１，７）卷积码+QPSK的中频调制解调方案，并在Xilinx公司的100万门FPGA芯片上实现了该系统。该系统在信噪比SNR为6dB左右时可实现速率超过1Mbit/s、误码率小于10-5的数据传输。关键词：卷积编码Viterbi译码QPSKFPGA在无线数据传输中，由于信道中的噪声干扰，在接收端会引入一定的误码率（BitErrorRate,BER）。高质量的数据业务要求较低的BER。为了达到较低的BER，经常采用信道编码技术。卷积编码和Viterbi译码是广泛使用的信道编码技术，具有一定的克服突发错误的能力

2、，可以降低信道的误码率，带来很高的编码增益。信道编码的引入在提供纠错能力的同时，还扩展了信号的带宽。为了保证频带的利用率，本文采用QPSK调制方式，使数据调制在中频载波上，实现数据的可靠传输。本文所述的中频调制解调系统具有以下特点：（1）所有算法（编码、调制、解调和译码）都是在Xilinx公司的FPGA芯片中实现的，结构简单，体积小，功耗低。（2）具有很好的实时性。对于1Mbit/s以上的数据速率，译码延迟不超过0.1ms。（3）模块化的设计使得系统具有一定的兼容性，只需要修改少量程序，即可实现各种卷积编码和不同的调制中频。（4）与浮点算法的仿真性能相比较，采用定点算法的系统

3、性能损失不大，并能在较低的信噪比提供可靠的数据传输。1系统总结构及硬件设计图1是中频调制解调系统的工作流程图。在发端，数据通过A/D转换器采样后进入FPGA，在其中完成（2，1，7）卷积编码和QPSK调制后通过D/A转换器输出。在收端，接收到的信号通过A/D转换器采样后进入FPGA，在其中完成QPSK解调和Viterbi译码后通过D/A转换器输出。图22系统的FPGA实现系统主要分为编译码和调制解调两大部分，下面分别叙述这两部分的原理及设计。2．1卷积编码与Viterbi译码的FPGA实现2．1．1（2，1，7）卷积编码典型的（n,m,k）卷积码编码器是指输入位数为m、输出位

4、数为n、约束长度为k的卷积码编码器，其编码速率为m/n。一个（2，1，7）的卷积编码器如图2所示，可用六个移位寄存器实现。2．1．2Viterbi译码Viterbi译码算法是Viterbi于1967年提出的一种概率译码算法。其主要思想就是最大似然译码。译码时，将接收序列与根据编码产生的X格图上面的所有路径进行比较，求出其汉明距离或欧式距离，选出具有最小距离的路径，那么这条路径上的序列与发送序列相同的可能性最大。在AG（BranchMetricGenerate）用于产生接收序列与状态转移分支上编码输出数据之间的距离。令长度为n的接收信号为R=(r1,…rn)，与之相应的发送信号

5、为C=（c1,…）。因为具有最小欧式距离的路径也就是具有最大相关的路径，所以定义分支路径上的度量为：于此分支路径度量没有平方运算，所以可将状态转移分支上的编码输出数据存储在查找表内，这样只需进行加减和查表运算，大大减小了实现的复杂程度。以上计算公式中数值为连续值，而本设计采用的是软判决译码器，故只需对输入的接收信号进行均匀量化即可（量化比特数为q）。加比选单元ACS（Add-pare-Select）模块包括若干个单个状态加比选模块ACSU，一个ACSU模块执行一个状态的路径度量升级。ACSU模块的具体个数根据译码器的速率要求而定。对于低速的译码器，为了节约芯片的面积，可以使用

6、较少的ACSU模块进行时分复用；而在高速Viterbi译码器的设计中，则采用全并行的结构，ACSU模块的个数等于X格图上的状态数N=2k-1。译码器开始工作时，给路径度量设定一个初始化正值。在度量升级过程中，路径度量的不断累加会造成溢出。因为在度量升级时只是比较大小，所以在每次度量升级之后，所有的路径度量值减去路径度量值中的最小值，而不会影响路径度量向的大小关系。同时，为了下次路径度量升级不出现负值，需要对所有的度量值加上一个恒定常数。经过归一化处理后的路径度量，其最大值与最小值相差不超过2q(k-1)。所以，对于q比特而软判决编码长度为k的Viterbi译码器，其路径度量长

7、度为q+log2(k-1)比特。MLD（Most-Likelihood-Decision）模块用于在所有状态的路径度量中找出最大值，具有最大路径度量的幸存路径便是最大似然路径。在时刻L时，MLD电路判决最大似然路径，将其末端节点状态送至TB模块。同时为了保证下次的路径度量升级不出现负值，还要找出最小值送到PMMI模块，在其中进行归一化处理。PMMI模块和SPMI模块分别是ACS模块与路径度量存储器PMM（PathMetricMemory）之间和幸存路存储器SPM（SurvivorPathMemory）与