基于IP集成的RS碼+DQPSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

近年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)得到了飛速發(fā)展，一方面，數(shù)字無(wú)線通信的新算法和新技術(shù)層出不窮；另一方面，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。為了滿足無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，驗(yàn)證新算法和新技術(shù)的正確性和可行性，通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬、仿真與驗(yàn)證便顯的尤為重要。

本文利用Matlab、Quartus II、DSP_Builder和Modelsim等軟件配置了用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證的SPW(Signal Processing Workplace)環(huán)境。在Matlab的Simulink環(huán)境下，利用Altera公司開(kāi)發(fā)的RS、NCO、FIR IP core以及Simulink、DSP_Builder中的一些基本模塊，快速搭建了一個(gè)RS+DQPSK的中頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并加以高斯信道模擬實(shí)際通信系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助仿真得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后通過(guò)USB端口將設(shè)計(jì)下載到Stratix II的FPGA開(kāi)發(fā)板中進(jìn)行了驗(yàn)證。

本文所述的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)性：系統(tǒng)概念突出、完整、清晰是基于IP設(shè)計(jì)的一大特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)利用RS，NCO和FIR等IP core并結(jié)合Simulink和DSP_Builder中現(xiàn)有的模塊，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本功能。

（2）綜合性：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真，并運(yùn)用FPGA技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。形成軟硬協(xié)同仿真的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

（3）靈活性：FPGA芯片數(shù)據(jù)斷電易失性和在系統(tǒng)可重配置性，增加了設(shè)計(jì)的自由度和靈活性，提高了設(shè)計(jì)效率和芯片資源利用率。

( 4) 高效性：所有算法( 編碼、調(diào)制、解調(diào)和譯碼)利用Altera公司提供的各IP core搭建，極大的縮短了算法開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證時(shí)間。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)指標(biāo)

整個(gè)系統(tǒng)可以分為兩大部分：發(fā)送部分和接收部分。在發(fā)送端通過(guò)信源模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)，送入RS編碼模塊進(jìn)行編碼，然后進(jìn)行DQPSK調(diào)制并發(fā)送；接收端將接收到的信號(hào)進(jìn)行DQPSK解調(diào)、RS解碼后輸出。系統(tǒng)流程圖如圖1.

圖1. 低中頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)工作流程圖

其中RS IP core生成編碼和解碼模塊，NCO IP core和FIR IP core聯(lián)合完成DQPSK調(diào)制和解調(diào)。系統(tǒng)中所有的模塊都是由Simulink和DSP_Builder庫(kù)中的模塊構(gòu)成的。其中陰影部分說(shuō)明該模塊采用了Altera公司的IP core。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)：信源速率2Mbps、系統(tǒng)時(shí)鐘頻率100MHz、中頻載波頻率10MHz。

3 IP core的系統(tǒng)集成及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文通過(guò)系統(tǒng)給定的指標(biāo)要求確定所用各個(gè)IP core的具體參數(shù)，然后確定其他輔助功能模塊的參數(shù)。IP core系統(tǒng)集成流程如圖2。

圖2. IP core系統(tǒng)集成流程

3.1 IP core的系統(tǒng)集成

A. 編解碼模塊（RS）：系統(tǒng)采用Altera公司的RS IP core，采用(204，188)編碼，該碼字是RS(255，239)的縮短碼，其最大糾錯(cuò)能力t=(n-k)/2=8?？s短碼的糾錯(cuò)能力不變，但是由于碼長(zhǎng)的變短，增加了編碼的效率。

RS IP core有兩種標(biāo)準(zhǔn)的編碼模式，不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)下可以對(duì)RS碼的碼長(zhǎng)、碼字中包含的信息符號(hào)數(shù)、輸入輸出的比特位寬等參數(shù)進(jìn)行選擇[1]。系統(tǒng)采用RS(204，188)進(jìn)行編解碼，每個(gè)符號(hào)中包含8個(gè)bit，輸入/輸出總線寬度為8。

B. 濾波器模塊（FIR）：本試驗(yàn)將FIR IP core配置成升余弦滾降濾波器對(duì)輸入的I、Q兩路信號(hào)進(jìn)行成形濾波，濾波器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于截止頻率（fcut）和采樣頻率（fsample）的選取[2]。