如何用賽靈思FPGA實(shí)現(xiàn)4G無(wú)線球形檢測(cè)器

　　發(fā)送到非對(duì)角線單元中的數(shù)據(jù)是旋轉(zhuǎn)矢量的同相部分和正交部分除以相應(yīng)的近似值得出的結(jié)果。我們不僅通過(guò)在對(duì)角線單元和非對(duì)角線單元采用流水線架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高數(shù)據(jù)吞吐量，同時(shí)還通過(guò)對(duì)跨5個(gè)信道的硬件進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的方式控制了近似值模塊和復(fù)雜乘法器引起的時(shí)延。

　　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(shù)的層次，我們采用了三種不同類(lèi)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(shù)的下一級(jí)索引中，我們就有64個(gè)生成的PED。第三種類(lèi)型的PED模塊用于其它樹(shù)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(shù)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(shù)的級(jí)數(shù)相等。

　　SD可以采用硬解碼和軟解碼兩種類(lèi)型的解碼技術(shù)。硬解碼能夠用貫穿樹(shù)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 XC5VFX130T-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. 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SystemGenerator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SystemGenerator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 SystemGenerator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 4. 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

　　圖 4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(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行基于以太網(wǎng)的硬件 協(xié)仿真，開(kāi)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AWGNIP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。

　　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)。