基于國標Soft-Metric的算法設計與FPGA實現

摘要:多進制正交振幅調制(MQAM)是在中、大容量數字通信系統大量使用的一種載波鍵控方式。MQAM是對載波的振幅和相位同時進行調制的一種復合的調制形式，他同時利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特。在調制的進制數較高時，信號矢量集的分布也比較合理，同時實現起來也比較方便，具有更大的符號率，從而獲得更高的系統效率。通常由符號率確定占用帶寬，因此每個符號的比特(基本信息單元)越多，效率就越高。基于地面數字電視國標ADTB-T規格，采用了一種QAM軟判決解映射算法，其中以32QAM為例進行說明其性能良好，有較好的可行性。

關鍵詞:ADTB-T規格;解映射;數字電視

中圖分類號:TP37文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)25-7290-03

Study of Soft-Metric arithmetic on National DTTB Standard

ZHENG Liang-hong， YU Wei

Abstract: Multi-band orthogonal amplitude modulation (MQAM) is in， large-capacity digital communications system large-scale use of a carrier keying way. MQAM is a complex form of modulation that the carrier amplitude and phase at the same time， while the rate of use of carrier phase and to transmit information bits. Modulation in the band higher， set of signal vector distribution more reasonable， at the same time it is also more convenient， more symbol rate， and that resulting in higher system efficiency. occupied bandwidth is usually confirm by the Symbol rate， so every bit of symbols (the basic unit of information)， the more the higher efficiency. According to the terrestrial digital TV GB ADTB-T specifications， adopted a soft decision of the QAM mapping algorithm， 32 QAM as an example to explain their good performance， a better possibility.

Key words: ADTB-T; demapping; DTV

隨著我國地面數字電視廣播傳輸標準的出臺，我國的數字電視廣播已經從概念走向現實。

高效、可靠、穩定的數字傳輸系統對于數字多媒體通信系統的實現起到了至關重要的作用， QAM是數字通信系統中一種經常利用的數字調制技術。而且QAM是一種非恒包絡調制技術，其抗非線性失真的性能較差，不過可通過變速率調制方案，在保證一定傳輸質量的前提下，充分利用其高頻帶利用率的特點，這也就要求解調系統可適應變符號率。此外，在此設計中32-QAM要特別注意，它不是方形星座的角點。本文所采用的算法已經在DTMB國標中實現。

LLR是軟判決可靠性的一種衡量，Flippo Tosato在大信噪比條件下提出了表達式

(1)

式中:Gch是系統經過信道估計和信道均衡后產生的一種動態反映信道變化的可靠信息，在解映射時Gch是已知常量;y是接收端接收到的信號;αi是各星座點的第i比特位位0或1的同相坐標I或正交坐標Q(這要根據判決邊界具體決定)。為化簡方便，Gch常量忽略不計。故公式(1)可寫成

(2)

公式(2)中涉及在星座圖中找到星座點第i比特位為0或1的同相坐標I或者正交坐標Q最小距離的概念，所以根據星座圖進行硬判決，找到距離接收信號最近的某單位為0和1的星座點的同相坐標I或正交坐標Q。

實際上整體擴大或者縮小某一倍數，或加減一小常數，并不影響判決結果。也包括不對稱的二維QAM解映射如32-QAM(后面具體討論)。

1 算法設計

前向糾錯編碼產生的比特流要轉換成均勻的nQAM(n :星座點數)符號流(最先進入的FEC編碼比特作為符號碼字的LSB)。在國家標準中QAM調制包含以下幾種符號映射關系:64QAM、32QAM、16QAM、4QAM。各種符號映射加入相應的功率歸一化因子，使各種符號映射的 。圖1是32-QAM的星座圖。

32-QAM的星座點的坐標與單位坐標相比放大了1.5倍，在處理過程中需要對數據進行歸一化處理，將接收到的數據除以1.5后，可以按照如下公式進行解映射獲得軟信息。

由圖2得如下計算公式(3):

■ (3)

由圖3得如下計算公式(4):

B[1]=-Q(4)

圖4 2 bit圖

由圖4得如下計算公式(5):

圖53 bit圖

由圖5得如下計算公式(6):

B[3]=-I (6)

由圖6得如下計算公式(7):

仿真結果如圖7。

如圖7描述知信號經軟判決后性能得到了很到的優化。

2 硬件電路的實現

CLK為系統時鐘信號，RESET是系統復位信號，ENABLE是系統使能信號，SMi_CONTROL是整個模塊有效數據的起始信號。SMi_DATA_I[9:0]與SMi_DATA_Q[9:0]是輸入數據端口，SMo_DATA[23:0]是輸出數據端口，SMi_VALID是輸出有效數據的標示位。

系統的工作的工作流程為:RESET=1，系統初始化，SMo_DATA[23:0]輸出零字節;RESET=0，ENABLE=1，系統做好運算的準備;在CLK的上升沿來臨時，SMo_CONTROL=1，SM譯碼器開始進行譯碼。國標SM譯碼器的實現框圖如圖8所示。

3 仿真驗證

對所設計的SM譯碼器，采用Verilog語言描述，為了配合RTL實現的 ，由matlab編寫SM部分驗證程序，其余部分在NC Verilog中直接觀察仿真波形。如圖9是解映射實現結果。

以上所有模塊均在synplify premier8.8 + ISE9.2及Xilinx FPGA XC5VLX220芯片上實現通過。使用資源圖10所示。

4 小結

本設計大大降低了SM譯碼器的成本，其性能指標也達到了GB/T 17700<<衛星數字電視廣播信道編碼和調制標準>>的規定。

參考文獻:

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[2] 徐波，葛建華.軟判決譯碼中軟信息的提取[J].通信技術，2002(3):25-27

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