摘 要： 提出了一種基于中國地面數(shù)字電視廣播傳輸標準的星座映射與解映射器的設計方法,。使用DSP Builder的各種模塊搭建系統(tǒng),，并利用Signal Compiler生成HDL工程。在完成對所生成工程的優(yōu)化后,，進行相關軟硬件仿真驗證,。實現(xiàn)了32QAM、16QAM星座映射器與解映射器的設計,、仿真,，并在利用DSP Builder進行DSP系統(tǒng)開發(fā)方面進行了深入的探索。
關鍵詞： DSP Builder,；DMB-TH,；星座映射；解星座映射
在中國地面數(shù)字電視廣播傳輸標準(DMB-TH)中,，星座映射在整個發(fā)送端的位置如圖1所示,，它位于前向糾錯編碼之后，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。前向糾錯編碼產(chǎn)生的比特流要轉換為均勻的nQAM(n：星座點數(shù))符號流[1],。DMB-TH標準包含有64QAM,、32QAM、16QAM,、4QAM等星座映射方式,。
傳統(tǒng)使用FPGA的數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設計，首先需要用仿真軟件進行建模仿真,，得到預想中的仿真結果后,，使用硬件描述語言創(chuàng)建硬件工程，再對硬件進行仿真,。整個過程漫長而繁雜,，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準確確定問題所在,。隨著業(yè)界引入了Simulink仿真開發(fā)工具,，雖然可以對數(shù)字系統(tǒng)進行直觀的仿真，但由于軟件仿真仍然與硬件實現(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)級設計工具的算法開發(fā),、仿真和驗證功能與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)境中可以幫助設計人員快速生成DSP設計硬件表征,，從而縮短了DSP設計周期。已有的MATLAB函數(shù)和Simulink模塊可以和Altera DSP Builder模塊以及Altera知識產(chǎn)權(IP)MegaCoreR功能相結合,，將系統(tǒng)級設計實現(xiàn)和DSP算法開發(fā)相鏈接,。DSP Builder支持系統(tǒng)、算法和硬件設計共享1個公共開發(fā)平臺,。
1 星座映射基本原理
一般載波信號的表達式為：
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有3個特征分量：幅度,、頻率和相位。因此,，如果對三者分別進行調制,，相應地可以得到幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控,。如果對于幅度和相位進行聯(lián)合調制稱為正交幅度調制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，在直角坐標系中把符號映射后所代表的坐標點表示出來,，就可以得到星座圖,。QAM調制是一種矢量調制方法，首先將輸入比特映射為星座點,，形成復數(shù)調制符號,，然后對符號的I、Q分量(對應復平面的實部和虛部,，也就是水平和垂直方向)采用幅度調制,，分別對應調制在相互正交(時域正交)的2個載波(cos ωct和sinΦct)上。與幅度調制(AM)相比,，其頻譜利用率將提高1倍[2],。QAM是幅度、相位聯(lián)合調制的技術,，它同時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現(xiàn)更高的頻帶利用率。
對于16QAM,，每4 bit對應于1個星座符號,。前向糾錯編碼輸出的bit數(shù)據(jù)被拆分成4 bit為1組的符號(b3b2b1b0)，星座點坐標對應的I和Q的取值為-6,、-2,、2、6,。其星座映射如圖2所示,。同理對于32QAM，每5 bit對應于1個星座符號,，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(b4b3b2b1b0)。星座點坐標對應的同相分量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,、解映射器的設計
2.1 星座映射器設計
本文利用DSP Builder模塊構建16QAM星座映射器,，如圖4所示。首先將輸入比特流信號經(jīng)過串并轉換變?yōu)? bit位寬的并行信號,，然后將此并行信號作為后面查找表的輸入地址,，通過地址的選擇，輸出對應圖2中相應星座點的橫縱坐標,，分別作為I,、Q信號，共8 bit,，完成星座映射[3-4],。
經(jīng)過仿真繪制出星座點圖，如圖5所示,，可以很清楚地分辨出有16個星座點,。通過改變圖4中串并變換模塊位寬以及查找表模塊的內容，可得32QAM星座映射圖,，如圖6所示,。4QAM和64QAM的原理與之類似，故不復述,。
2.2 解星座映射器設計
16QAM解星座映射器結構如圖7所示,，系統(tǒng)輸入端每次輸入1個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),。考慮到信道中的干擾可能會使星座點在原有位置上發(fā)生偏移,，所以需要首先將I,、Q數(shù)據(jù)進行糾偏,，使其恢復到原有位置。隨后將恢復出的各4 bit I,、Q數(shù)據(jù)分別作為橫縱坐標,，在星座映射圖中找到對應的星座點，并將其代表的4 bit二進制數(shù)據(jù)串行輸出,，完成整個解星座映射過程[5],。
利用DSP Builder模塊，構建16QAM解星座映射器,，如圖8所示,。最后進行仿真，得到16QAM星座映射仿真結果,，如圖9所示,。仿真中使用測試數(shù)據(jù)為174，二進制表示為10101110,，將其分解為I,，Q數(shù)據(jù)分別是-6、-2,。對應16QAM星座映射圖上的點為0100,，所以仿真周期輸出0100二進制編碼。
本文使用一種有別于傳統(tǒng)方法的開發(fā)方式,，實現(xiàn)了基于DMB-TH標準下的星座映射器與解映射器的設計及仿真,。與傳統(tǒng)方法相比，具有開發(fā)效率高,、仿真過程容易,、測試過程直觀等優(yōu)點，并具有很高的工程使用價值,。
參考文獻
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