0 引言

　　隨著技術和器件水平的發(fā)展以及對高速和可靠傳輸?shù)囊螅?a class="contentlabel" href="http://www.bjwjmy.cn/news/listbylabel/label/OFDM">OFDM技術應用越來越廣泛，由于其具有高速數(shù)據傳輸能力、高效的頻譜利用率和抗多徑干擾等能力，成為通信的研究熱點之一。在OFDM通信系統(tǒng)中，為實現(xiàn)高效信息的傳輸，可以采用多進制數(shù)字調制方式來傳輸數(shù)據符號。本文設計了一個用于OFDM通信系統(tǒng)的通用調制解詞模塊，采用了BPSK、QPSK、16QAM和64QAM四種調制方法，利掰共用ROM、共廂減法器等器件的方法，減少了電路規(guī)模和硬件資源消耗。此電路具有能夠通過消息反饋機制來自動調整調制方法的能力。

1 調制／解調子模塊結構

　　通用調制解調模塊原理如圖1所示。其中，選擇子模塊用來選擇調制子模塊和解調子模塊采用的調制方法。子模塊通過判別輸出數(shù)據的誤碼率來返回信息給選擇子模塊，如果當前采用的調制方法的瀑碼率較高，那么選擇子模塊就會自動調整采用其他的調制方法，達到采用最佳調制方法。

　　在通用調制解調模塊中，最主要的模塊就是調制子模塊和解調子模塊。下面介紹這兩個子模塊的設計和實現(xiàn)。

2設計分析

　　在調制子模塊和解調子模塊的實現(xiàn)中，采用了四種調制方式：BPSK、QPSK、16QAM和64QAM。

2.1調制方式分析

　　如圖2所示，BPSK在實際實現(xiàn)時，將0映射為1，將1映射為-1，來完成映射。解調時，將數(shù)據進行一下逆轉換即可。而QPSK具有4個星座位置，QPSK的映射為：00對應-1-li；01對應-1+li；10對應1-li；11對應1+li；并乘以歸一化因子。解調時，只要進行相反的過程，并將0作為裁決電平，即可實現(xiàn)數(shù)據的解調恢復。

　　16QAM由星座分布形狀可以分為方形16QAM和非方形16QAM，方形16QAM的星座圖如圖2(c)。根據星座圖實現(xiàn)時，將00映射為-1，01映射為-1／3，10映射為1，11映射為1／3；解調時，采用的是硬判決的方法，根據星座點的位置將空間劃分為16個區(qū)域，每個區(qū)域以星座點為中心，在判定時，落人某個區(qū)域的數(shù)就認為是相應星座。64QAM調制方式與16QAM相似，不過星座點更多，效率也更高，實現(xiàn)中的映射表也更大，同樣，解調時也采用硬判決。

　　實際中，BPSK是一種較為簡單的MPSK，采用了一個ROM存儲映射表，而QPSK由于采用4進制PSK調制，每種相位信號可表示兩位二進制信息，其編碼效率提高一倍，64QAM由于星座點較多，進行判決的次數(shù)也相應較多。

2.2電路優(yōu)化策略

　　一般調制解調模塊設計中，分別設計和實現(xiàn)各種調制方式，然后用一個選擇器來進行選擇。但在各種調制方式的設計實現(xiàn)中，電路中許多器件都可以共用，將四種調制方式進行整合，達到電路優(yōu)化設計是重點考慮的內容。具體優(yōu)化設計策略如下：

(1)整合ROM

　　在調制子模塊中，根據四種調制方式調制的映射表分析，BPSK和QPSK以及16QAM的映射表都不是很大，可以與64QAM的映射表進行整合，通過對映射表進行適當安排，合理的選擇機制，可以實現(xiàn)一個ROM的調制子模塊，改變以往需要四個ROM分別實現(xiàn)四種調制的方式。

(2)整合寄存器、減法器和選擇器

　　BPSK和QPSK的解調較簡單，星座點較少，因此判決最后可以轉換成映射關系。而16QAM和64QAM星座點較多，硬判決的區(qū)域判決需要一系列計算得出。實際判斷時，將數(shù)據分為實部和虛部，分別進行判決。將實部(虛部)數(shù)據取模，然后和某星座點模值相減，將相減結果再取模與閾值相減進行比較，來判斷是否屬于該星座點。所以，16QAM和64QAM解調制時，可考慮共用進行數(shù)據運算所需的寄存器、數(shù)據選擇器、減法器等器件。

3模塊設計

　　由電路優(yōu)化設計思想，調制子模塊采用一個ROM來實現(xiàn)。調制子模塊主要組成部分是存儲映射表的ROM以及對ROM進行操作的控制器，其中控制器根據選擇的調制方式和輸入的數(shù)據對ROM進行操作。

3.1 ROM中映射表編制

　　如圖3所示，設計了一個調制控制來選擇ROM中的映射關系?；舅枷胧菍⑺膫€ROM中的映射表整合到一個ROM中進行存儲。但是不能將四張映射表簡單的進行拼接，使得映射表的選擇變得復雜，導致ROM的控制器變得龐大。

　　在編制映射表時，考慮到64QAM有64個映射關系，需要6位地址線的存儲空間，而16QAM有16個映射關系，需要4位地址線的存儲空間，因此，采用了將ROM的前64位置分配給64QAM，其后的16位置分配給160AM方法。由于BPSK、QPSK的映射表可以蘊含在64QAM的映射表中，這樣只需要在第七位地址線對64QAM和16QAM進行區(qū)分，這使得ROM控制器易于設計。

 

3.2 ROM控制器設計

　　在ROM控制器中，根據ROM中映射表的安排，第七位地址線為0時對應于64QAM調制，地址線的前六位對應于輸入數(shù)據；第七位地址線為1時對應于16QAM調制，地址線的前四位對應于輸入數(shù)據。這樣，根據前級輸出中輸入的調制方式和輸入的數(shù)據，模塊控制器就能產生一個7位的地址線，對ROM進行操作。在實際中把地址線的前三位對應于輸入數(shù)據的data_in(0)，4-6位對應輸入數(shù)據的data_in(1)，即根據前級輸出和數(shù)據輸入來指定調制方式和輸入數(shù)據對應的映射表，完成對ROM的控制。

3.3子模塊實現(xiàn)

　　解調制采用硬判決的方法，根據星座點位置將空間進行劃分，把落入相應空間的數(shù)對應到相應星座。根據數(shù)據與星座點之間的距離來判斷，在距離小于閾值時，認為相應的數(shù)落入此星座空間。

　　由于數(shù)據可分為實部和虛部，判決可以分別進行，步驟相同。如對64QAM，實現(xiàn)如圖4所示，包括以下步驟：(1)由判決模塊1實現(xiàn)對實部取模；(2)子電路1將取模后的數(shù)據與各星座點數(shù)據的實部模相減；(3)判決模塊2將結果再次取模；(4)最后子電路2把取模后的數(shù)據與預設閾值相減，如結果為負，則判定落入此區(qū)間。同理可進行虛部判決，最后看實部和虛部確定的區(qū)間是否有重疊區(qū)域，就能確定歸屬的星座點。

 
　　對不同的星座點，16QAM與64QAM在判決過程中，子電路中的預設數(shù)據不同，因此，子電路1和子電路2不能共用，而判決模塊1和判決模塊2可以共用。傳輸?shù)臄?shù)據中，負數(shù)用補碼表示，用選擇器進行選擇，對負數(shù)和正數(shù)分別進行取模。判決模塊在16QAM和64QAM解調時可共用。
3.4調制方式選擇

　　調制方式選擇模塊中對應四種調制方式分別設置為：00對應BPSK方式；01對應QPSK方式；10對應16QAM方式；11對應64QAM方式。

　　實際中，不同調制方式有各自的最佳工作區(qū)域，如64QAM適用于高發(fā)送速率的調制，在信噪比很低時，接收端的誤碼率會很高，因此需要自動調整調制方式以獲得最佳傳輸效果。解決辦法是當接收端誤碼率過高時，反饋信號給調制方式選擇子模塊，根據預設的順序，更改調制方式，直到降低誤碼率。

4實現(xiàn)與仿真

　　通用調制解調制模塊用Verilog HDL設計完成。選用ALTERA公司的CycloneII系列EP2C70F672C8器件，進行綜合、布局布線和時序分析。優(yōu)化后的調制解調模塊的資源消耗與通常實現(xiàn)這四種調制方式的調制解調模塊需要消耗的資源比較如表2。

 
　　可以看到各類模塊在不損失功能和性能的基礎上達到了節(jié)約資源的目的。模塊的最大工作頻率為136.54 MHz，符合OFDM系統(tǒng)中FFT的數(shù)據要求。邏輯元件減少了37％，存儲器位減少了70％以上，寄存器減少了40％，與傳統(tǒng)方式相比較，大大降低了系統(tǒng)對硬件的依賴性。
5 結論

　　對BPSK、QPSK、16QAM和64QAM調制方式的通用調制解調模塊的優(yōu)化設計，根據接收端誤碼率來自動調整所采取的調制方式，適當排列映射表，選擇合理機制。用一個ROM調制子模塊實現(xiàn)四種調制方式。采用將數(shù)據分為實部和虛部分別進行判決，可將16QAM和64QAM解調制運算所用的寄存器、數(shù)據選擇器、減法器等器件進行整合。最后仿真實現(xiàn)結果說明，這種策略能達到在不損性能的前提下減少硬件資源需求目的。