在FPGA中實(shí)施4G無(wú)線球形檢測(cè)器

　　對(duì)4x4矩陣，我們使用了1個(gè)對(duì)角線單元和7個(gè)非對(duì)角線單元。分解單個(gè)矩陣所花的處理時(shí)間為4x4=16個(gè)數(shù)據(jù)周期，而該設(shè)計(jì)交付數(shù)據(jù)的速度是每三個(gè)時(shí)鐘周期一個(gè)樣本，因此分解單個(gè)矩陣的所用總時(shí)長(zhǎng)為3x4x4=48個(gè)時(shí)鐘周期（低于可用的64個(gè)時(shí)鐘周期）。我們對(duì)分解后的矩陣使用了回代法（back substitution），同時(shí)以相同的TDM方式進(jìn)一步進(jìn)行了重新排序操作。

　　球形檢測(cè)器

　　球形檢測(cè)器采用PED單元進(jìn)行范數(shù)計(jì)算。根據(jù)樹的層次，我們采用了三種不同類型的PED單元。根節(jié)點(diǎn)PED模塊負(fù)責(zé)計(jì)算所有可能的PED。二級(jí)PED模塊針對(duì)上一級(jí)計(jì)算得出的8個(gè)幸存路徑計(jì)算出8個(gè)可能的PED。這樣在樹的下一級(jí)索引中，我們就有64個(gè)生成的PED。第三種類型的PED模塊用于其它樹級(jí)，負(fù)責(zé)計(jì)算上一級(jí)計(jì)算出的所有PED的最鄰近的節(jié)點(diǎn)PED。

　　球形檢測(cè)器(SD)的流水線架構(gòu)可以在每個(gè)時(shí)鐘周期中處理數(shù)據(jù)。其結(jié)果就是樹的每級(jí)只需要一個(gè)PED模塊。因此，對(duì)4x4 64-QAM系統(tǒng)而言，PED單元的總數(shù)為8，與樹的級(jí)數(shù)相等。

　　SD可以采用硬解碼和軟解碼兩種類型的解碼技術(shù)。硬解碼能夠用貫穿樹的各級(jí)的最小距離矩陣度量次序；軟解碼用對(duì)數(shù)似然比來(lái)代表輸出的每個(gè)比特。對(duì)數(shù)似然比一般被當(dāng)作優(yōu)先輸入值提供給信道解碼器，比如turbo解碼器。

　　FPGA資源占用

　　實(shí)施和仿真包括MIMO 802.16e寬帶無(wú)線接收檢測(cè)過(guò)程，但不包括軟輸出生成模塊。目標(biāo)芯片是Virtex-5 -2FF1738 FPGA。設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率為225MHz，可用的數(shù)據(jù)率為83.965MB/s。

　　表1顯示了設(shè)計(jì)中每個(gè)主要功能單元的資源占用情況。利用率(%)表示FPGA面積占器件總面積的百分比。

　　表1 按子系統(tǒng)劃分的資源占用情況

　　System Generator和基于模型的設(shè)計(jì)

　　我們使用針對(duì)DSP設(shè)計(jì)流程的賽靈思System Generator實(shí)現(xiàn)了完整的硬判鏈。設(shè)計(jì)驗(yàn)證工作不僅使用了MATLAB/Simulink 環(huán)境的仿真語(yǔ)義，還有System Generator的協(xié)同仿真功能。信道矩陣參數(shù)的同相部分和正交部分從正常的分布得出，并由MATLAB交付給System Generator建模環(huán)境。我們同樣使用這種仿真框架進(jìn)行了比特誤碼率計(jì)算。圖3對(duì)我們的定點(diǎn)硬判決設(shè)計(jì)BER曲線、浮點(diǎn)硬判決設(shè)計(jì)BER曲線和最佳ML參考曲線進(jìn)行了比較。我們通過(guò)對(duì)賽靈思ML510開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行基于以太網(wǎng)的硬件協(xié)仿真，開發(fā)出了該設(shè)計(jì)的硬件演示。信道矩陣參數(shù)采用賽靈思AWGN IP核發(fā)送給球形檢測(cè)器。我們通過(guò)把設(shè)計(jì)嵌入到自同步BER測(cè)試器來(lái)計(jì)算BER。該儀器能夠向檢測(cè)器發(fā)送輸入并捕獲誤碼。

　　圖3 4x4 64-QAM的浮點(diǎn)MATLAB仿真(硬判決)、System

　　Generator設(shè)計(jì)（硬判決）BER曲線與最大似然曲線相比

　　本文就采用空分復(fù)用MIMO的通信系統(tǒng)使用的球形檢測(cè)器進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。我們?cè)敿?xì)探討了球形檢測(cè)器和信道矩陣預(yù)處理器的架構(gòu)情況。實(shí)現(xiàn)預(yù)處理的方法有許多種，雖然我們的方法在計(jì)算上要復(fù)雜一點(diǎn)，但得出的BER性能接近最大似然。雖然我們的討論是圍繞WiMAX進(jìn)行的，設(shè)計(jì)人員可以把其中的許多方法用于3G/ LTE（長(zhǎng)期演進(jìn)）無(wú)線系統(tǒng)