摘 要： 提出了一種基于中國(guó)地面數(shù)字電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)的星座映射與解映射器的設(shè)計(jì)方法。使用DSP Builder的各種模塊搭建系統(tǒng),，并利用Signal Compiler生成HDL工程,。在完成對(duì)所生成工程的優(yōu)化后，進(jìn)行相關(guān)軟硬件仿真驗(yàn)證,。實(shí)現(xiàn)了32QAM,、16QAM星座映射器與解映射器的設(shè)計(jì)、仿真,，并在利用DSP Builder進(jìn)行DSP系統(tǒng)開發(fā)方面進(jìn)行了深入的探索,。
關(guān)鍵詞： DSP Builder；DMB-TH,；星座映射,；解星座映射
在中國(guó)地面數(shù)字電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)(DMB-TH)中，星座映射在整個(gè)發(fā)送端的位置如圖1所示,，它位于前向糾錯(cuò)編碼之后,，其主要作用是：提高系統(tǒng)的抗干擾能力,；將不同用途的信息映射為不同的星座圖，以便于接收端區(qū)別,。前向糾錯(cuò)編碼產(chǎn)生的比特流要轉(zhuǎn)換為均勻的nQAM(n：星座點(diǎn)數(shù))符號(hào)流[1],。DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)包含有64QAM、32QAM,、16QAM、4QAM等星座映射方式,。
傳統(tǒng)使用FPGA的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，首先需要用仿真軟件進(jìn)行建模仿真，得到預(yù)想中的仿真結(jié)果后,，使用硬件描述語言創(chuàng)建硬件工程,，再對(duì)硬件進(jìn)行仿真。整個(gè)過程漫長(zhǎng)而繁雜,，尤其困難的是由于仿真過程不夠直觀,，一旦遇到問題無法及時(shí)準(zhǔn)確確定問題所在。隨著業(yè)界引入了Simulink仿真開發(fā)工具,，雖然可以對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行直觀的仿真,，但由于軟件仿真仍然與硬件實(shí)現(xiàn)有很大的距離，而最初只被用于軟件仿真階段,。Altera DSP Builder將MATLAB和Simulink系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具的算法開發(fā),、仿真和驗(yàn)證功能與Altera開發(fā)工具整合在一起，縮短了軟件仿真與硬件實(shí)現(xiàn)之間的距離,。DSP Builder在算法友好的開發(fā)環(huán)境中可以幫助設(shè)計(jì)人員快速生成DSP設(shè)計(jì)硬件表征,，從而縮短了DSP設(shè)計(jì)周期。已有的MATLAB函數(shù)和Simulink模塊可以和Altera DSP Builder模塊以及Altera知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)MegaCoreR功能相結(jié)合,，將系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和DSP算法開發(fā)相鏈接,。DSP Builder支持系統(tǒng)、算法和硬件設(shè)計(jì)共享1個(gè)公共開發(fā)平臺(tái),。
1 星座映射基本原理
一般載波信號(hào)的表達(dá)式為：
s(t)=A(t)cos[ωct+Φ(t)]=A(t)cosΦ(t)cos(ωct)-A(t)sinΦ(t)sin(ωct)(1)
從式(1)中可以看出載波信號(hào)有3個(gè)特征分量：幅度,、頻率和相位。因此,，如果對(duì)三者分別進(jìn)行調(diào)制,，相應(yīng)地可以得到幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控,。如果對(duì)于幅度和相位進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制稱為正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation),。其中A(t)cosΦ(t)是同相分量(I分量)，A(t)sinΦ(t)是正交分量(Q分量),。如果分別以I,、Q分量為橫縱軸,，在直角坐標(biāo)系中把符號(hào)映射后所代表的坐標(biāo)點(diǎn)表示出來，就可以得到星座圖,。QAM調(diào)制是一種矢量調(diào)制方法,，首先將輸入比特映射為星座點(diǎn)，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào),，然后對(duì)符號(hào)的I,、Q分量(對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部，也就是水平和垂直方向)采用幅度調(diào)制,，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交(時(shí)域正交)的2個(gè)載波(cos ωct和sinΦct)上,。與幅度調(diào)制(AM)相比，其頻譜利用率將提高1倍[2],。QAM是幅度,、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，它同時(shí)利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特,，因此在最小距離相同的條件下可實(shí)現(xiàn)更高的頻帶利用率,。
對(duì)于16QAM，每4 bit對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào),。前向糾錯(cuò)編碼輸出的bit數(shù)據(jù)被拆分成4 bit為1組的符號(hào)(b3b2b1b0),，星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的I和Q的取值為-6、-2,、2,、6。其星座映射如圖2所示,。同理對(duì)于32QAM,，每5 bit對(duì)應(yīng)于1個(gè)星座符號(hào)，如圖3所示,。FEC編碼輸出的bit數(shù)據(jù)被拆分成5 bit為一組的符號(hào)(b4b3b2b1b0),。星座點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的同相分量I和正交分量Q的取值為-7.5、-4.5,、-1.5,、1.5、4.5,、7.5,。
2 星座映射、解映射器的設(shè)計(jì)
2.1 星座映射器設(shè)計(jì)
本文利用DSP Builder模塊構(gòu)建16QAM星座映射器,，如圖4所示,。首先將輸入比特流信號(hào)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變?yōu)? bit位寬的并行信號(hào)，然后將此并行信號(hào)作為后面查找表的輸入地址,，通過地址的選擇,，輸出對(duì)應(yīng)圖2中相應(yīng)星座點(diǎn)的橫縱坐標(biāo),，分別作為I、Q信號(hào),，共8 bit,，完成星座映射[3-4]。
經(jīng)過仿真繪制出星座點(diǎn)圖,，如圖5所示,，可以很清楚地分辨出有16個(gè)星座點(diǎn)。通過改變圖4中串并變換模塊位寬以及查找表模塊的內(nèi)容,，可得32QAM星座映射圖,，如圖6所示。4QAM和64QAM的原理與之類似,，故不復(fù)述。
2.2 解星座映射器設(shè)計(jì)
16QAM解星座映射器結(jié)構(gòu)如圖7所示,，系統(tǒng)輸入端每次輸入1個(gè)8 bit的并行數(shù)據(jù),，高4位是I數(shù)據(jù)，低4位為Q數(shù)據(jù),?？紤]到信道中的干擾可能會(huì)使星座點(diǎn)在原有位置上發(fā)生偏移，所以需要首先將I,、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏,，使其恢復(fù)到原有位置。隨后將恢復(fù)出的各4 bit I,、Q數(shù)據(jù)分別作為橫縱坐標(biāo),，在星座映射圖中找到對(duì)應(yīng)的星座點(diǎn)，并將其代表的4 bit二進(jìn)制數(shù)據(jù)串行輸出,，完成整個(gè)解星座映射過程[5],。
利用DSP Builder模塊，構(gòu)建16QAM解星座映射器,，如圖8所示,。最后進(jìn)行仿真，得到16QAM星座映射仿真結(jié)果,，如圖9所示,。仿真中使用測(cè)試數(shù)據(jù)為174，二進(jìn)制表示為10101110,，將其分解為I,，Q數(shù)據(jù)分別是-6、-2,。對(duì)應(yīng)16QAM星座映射圖上的點(diǎn)為0100,，所以仿真周期輸出0100二進(jìn)制編碼,。
本文使用一種有別于傳統(tǒng)方法的開發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)了基于DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)下的星座映射器與解映射器的設(shè)計(jì)及仿真,。與傳統(tǒng)方法相比,，具有開發(fā)效率高、仿真過程容易,、測(cè)試過程直觀等優(yōu)點(diǎn),，并具有很高的工程使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB 20600-2006．中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu),、信道編碼和調(diào)制[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.
[2] Altera． DSP Builder reference manual[EB/OL]． http：//www.Altera.com，2009．
[3] 徐孟俠．對(duì)中國(guó)地面數(shù)字電視廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)的注解和評(píng)論[J]．電視技術(shù),，2007(4)：2-9.
[4] Altera．DSP Builder user guide[EB/OL]． http：//www.Altera.com,，2009．
[5] 張擁軍，趙雪峰,，朱維樂．基于FPGA平臺(tái)的DVB-T發(fā)射端的實(shí)現(xiàn)[J]．電視技術(shù),，2004(11)：3-6.