基于FPGA器件和只读存储器实现QAM解调器的设计

1、引言

在实际通信信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，接收端所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在一定的信噪比范围内获得较好的误码率指标，首先要合理设计基带信号，选择调制解调方式，采用时域、频域均衡等技术使误码率尽可能降低。在通信系统中常用的调制方法一般为QPSK和M阶QAM调制（M=4，8，16，32，64，256…）。对QPSK调制来说，调制点的幅度是相同的，只是相位不同，解调时可不考虑信噪比和衰落幅度的影响。对QAM调制来说，调制点的幅度和相位可各不相同，这时要求准确了解信噪比和衰落情况，因此要与信道估计结合起来考虑。在DVB－S，DVB－T，DVB－H，802.16等OFDM系统中，为了传送更多的信息比特，常采用较高的调制方法，如16QAM，2QAM，64QAM等在基带处理中，用于解凋的方法主要分为硬判决和软判决，由于软判决的性能优于硬判决，一般是把解调得到的软信息输入到译码器进行译码。

广科院、北京泰美世纪科技和中兴通讯等单位提出的sTiMi手机电视标准受到广泛关注，此标准在手机电视物理层、传输层、复用层等方面提出了许多核心专利，完全拥有自主知识产权，此标准已成为广电系统的行业标准，sTiMi手机电视标准…支持16QAM。同时，DVB－H在国外的于机电视标准中发展较为成熟，应用广泛。中兴通讯公司设汁的基带芯片将采用双模设计引，同时支持DVB－H标准和sTiMi标准。手机电视终端基带芯片要求支持16QAM，64QAM等调制方式，设计硬件实现简单、性能优良的解调装置可降低基带芯片的总成本。本文重点讨论QAM解调器的设计。

2、 三星公司方案介绍

三星公司提出的QAM解调器方案体现在其一项名为“Demodulation apparatus and method in a communieation system employing 16－ary QAM”的专利中。此专利提出了简化的双最小量度方法，使得16QAM解调器可用双最小量度过程简化信道译码输入软信息的获得，而无须通过映射表或其他复杂过程来得到接收信号的最小距离值，硬件实现比较简单。

该专利提出的16QAM解调器框图如图1所示。

该方案用于CDMA系统是可行的，因CDMA系统无须支持64QAM解调，且对16QAM解调的硬件复杂度是可接受的。在进行软判决时要对输出比特计算对数似然比（LLR），并用得到的LLR作为信道译码输入软信息值。该专利没有给出64QAM的解调实现，且其解调方法虽是格雷映射，但QAM的映射次序和手机电视系统中的QAM映射次序不同，因此应用于手机电视终端时解调算法要进行相应调整。本文给出适用于手机电视终端的16QAM解调、64QAM解调方案。

3、QAM解调算法

4、 硬件实现方案

本文设计的QAM解调器如图2所示，主要包括：

1）解调控制器模块：主要功能是控制其他模块的工作及数据流向，主要是根据调制类型（16QAM或64QAM）作一个判断，将输入数据透传给相应解调模块。

索，获得解调参数，然后用16QAM解调公式计算并解调输出。

3）64QAM解调模块。使对64QAM参数存储单元进行检索，获得解调参数，然后用64QAM解调公式计算并解调输出：

4）16QAM参数存储单元。建议采用2个只读存储器（ROM）进行并行处理该模块存储了解调参数α与β的数值。存储单元大小为4个条目深，2 bit位宽。

5）64QAM参数存储单元：同样建议采用ROM。该模块存储了共18个解调参数的数值。存储单元人小为16个条目深，18 bit位宽。

由图2中的解调控制器模块接收到调制数据fec2demod_data，对调制类型fec2demod_type进行分析判断后，把凋制数据demod_data分别送到16QAM解调模块或64QAM解凋模块：进行16QAM解调时，16QAM解调模块把地址addrx送给16QAM参数存储单元，并渎取解调参数qx进行处理，16QAM解调模块将解调后的数据demod_dout0送给解调控制器模块；进行64QAM解凋时与此类似，但解调参数为q，解调后的数据为demod_dout1。解凋完成后解倜控制器模块将解调数据demod2fec_data及调制类型demod2fec_type送给下一级译码模块。

5、 测试与小结

通过算法仿真，本文采用的算法能够满足手机电视终端的性能要求通过FPGA硬件实现，本文的硬件实现方案仅需要2块ROM（只读存储器）和极少量逻辑电路，一块ROM大小为2×4 bit，另一块ROM大小为18×16 bil，占用的芯片面积较小 而二星的方案仅给出16QAM解调实现方案，采用类似方案实现64QAM解调，则需要大量的复用器，占用的芯片面积较大，通过以上分析可见，本文设计的解调器能够实现16QAM和64QAM解调，能够应用十手机电视终端基带芯片，且硬件实现简单，节省了基带芯片总体成本。

责任编辑：gt