如何正確實現DSP和FPGA再教妳壹個經典算法

隨著經濟結構框架的不斷更新、研發科技技術的不斷改進，這些都給我們的生活帶來了巨大的幫助和便利，我們熱愛著這個世界熱愛著這個國家，我們願意時時刻刻都為此而付出辛勤的汗水，今天本篇文章給大家帶來相關嵌入式的分析貼如何使用空時編碼算法仿真及其DSP+FPGA實現。
　　移動通信是目前通信領域發展最迅速、進步最快的行業之壹，業務量的增加進壹步促進移動通信向前發展，為了能夠向用戶提供更多的無線數據業務以及更高的數據傳輸速率，國際電信聯盟於20世紀90年代提出了IMT2000系統，目的為世界各國的無線通信系統制定統壹的標準。

　　而能提高系統的通信速率，多載波、多址與多輸入多輸出(MIMO)技術在該系統中得到廣泛的應用。但是由於無線信道多徑的存在，會產生頻率選擇性衰落，會使數據在高速傳輸過程中產生碼間串擾，所以就產生了正交頻分復用(0FDM)技術。本文在分析多輸入多輸出系統的技術上，對其中的空時編碼的Alamouti方案進行了仿真研究，同時結合自己的工作實際給出了其方案的2發1收的DSP+FPGA的硬件實現，從而驗證了空時編碼的性能。

　　1 空時編、譯碼原理 空時編碼(Space Time Coding)技術是針對多個發射天線和多個接收天線(MTMR)構成的多輸人多輸出(MIMO)結構而提出的壹種技術，其突出特點是針對空時二維進行聯合編碼。能夠顯著提高無線信道中的傳輸速率。圖l是空時編碼的壹般結構圖。 空時編碼的物理實質在於：利用存在於空域與時域之間的正交或準正交特性，按照某種設計準則，把編碼冗余信息盡量均勻地映射到空時二維平面，以減弱無線多徑傳播所引起的空間選擇性衰落的不利影響，從而實現無線信道中高可靠性的高速數據傳輸。 空時編碼結構上的不同，主要分為空時格形碼(STTC)、空時分組碼(STBC)和分層空時碼(BLAST)等。其中，STBC能夠通過簡單的譯碼算法實現最大可能的分集優勢，由於它很簡單，所以非常吸引人。 最簡單的空時編碼是由Alamouti於1998年首先提出。Alamouti方案是為發射天線數為2的系統提供完全發射增益的第壹種空時分組碼。

空時編碼

　　2 空時編譯碼的性能仿真 根據以上Alamouti方案，我們選擇慢瑞利衰落信道下對空時編譯碼進行仿真試驗和評估。對於慢的瑞利衰落信道，因此在試驗中假定每壹根發射天線到接收天線的衰落都是相互獨立的，並且接收機完全知道信道系數，下圖給出了使 用QPSK調制的Alamouti方案相對於每根接收天線信噪比(SNR)的誤比特率(BER)性能。對兩種模式下的STBC性能進行了仿真。進行仿真時，假定無論發射天線數多少，它們的發射總功率相同，並且都歸壹化為1。其仿真結果如下圖從圖中的仿真結果顯示來看，無論是Alamouti方案還是其它幾種sTBc方案都提供了分集增益，其中2發1收的Alamouti方案提供的分集增益較小，2發2收和4發l收的分集增益居中，2發4收和4發2收sTBc提供的分集增益較大，通過比較2發4收和4發2收兩條曲線，可以看出它們的斜率是相同的，說明它們提供的分集增益也是相同的，只不過4發2收模式下每根發射天線的發射功率比2發4收模式下小了壹倍，所以其性能降低了大約3db，2發2收和4發1收的情況也如此。

　　3 空時編碼的DSP+FPGA實現 為了試驗方便用來驗證Alamouti方案的原理，我們采用2發l收的最簡單的方式來驗證，DSP我們采用TMS320C型通用芯片，因此只需上行空域處理模塊、上下行數據交換模塊和2個下行通道模塊以及1個上行通道模塊。下行鏈路模塊實現空時編碼，下行鏈路實現空時譯碼。針對這樣的思想，我們設計的模塊間接口如圖3所示。從圖中可以看出，下行數據交換要把空域送來的信源數據經過空時編碼後發到兩個下行通道模塊中去，因此FPGA主要實現模塊間的接口，DSP主要完成空時編碼算法，空時編碼算法是嵌入在數據交換調度的整個過程中去。而空時編碼主要靠訓練符號定位算法來實現。

　　DSP從下行空域模塊的FIF0中進行壹次EDMA讀操作，讀進來l024個16比特的無符號數，把這些數據存放在數組中，訓練符號定位算法執行完後，實際上就從接收數據中找到了訓練符號，因為發射的訓練序列是已知的，所以找到訓練符號後很容易解出信道衰落系數，從而完成信道的估計。 在具體DSP實現時，我們設計的OFDM子載波數字為4個，這樣在2發1收模式下，總共8個信道衰落系數需要估計。 整個編碼和譯碼是通過訓練符號定位、信道估計、最大似然譯碼、解映射等步驟來實現的。

　　4 小結 空時編碼是多輸人多輸出系統中壹個非常重要的技術，它把編碼冗余信息盡量均勻地映射到空時二維平面，以減弱無線多徑傳播所引起的空間選擇性衰落的不利影響，從而實現無線信道中高可靠性的高速數據傳輸。通過試驗仿真和硬件實現來看，空時編碼是壹個應用在該系統中非常好的技術。

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