关键字 |
衬垫;de-interleaver;FPGA;WiMAX |
我的介绍。 |
移动WiMAX是近年来无线通信技术中最新兴的发展趋势。WiMAX基于IEEE 802.16小组开发的无线城域网(WMAN)标准。WiMAX的主要目标是覆盖电缆连接不可行或昂贵的偏远地区,特别是用户经常移动的移动网络,而且WiMAX得到了IEEE802.16e-2005标准的支持。 |
在数字通信突发错误发生的情况下,出现了许多随机纠错码(ecc)。然而,ECC在处理突发错误时效率不高。交错是一种重新排列代码符号的过程,以便将错误爆发分散到多个可以由ecc纠正的码字上。通过将突发错误转换为随机错误,交织成为对抗突发错误的有效手段。类似地,在接收端,解交织器执行与交织器相反的操作。因此,需要设计一种高效、简单的交织器体系结构。 |
提出了一种简单、高效的移动WiMAX收发器交织地址生成电路结构。利用交织器的数学背景,消去了交织器所需要的层函数。 |
论文组织结构如下:第二节讨论了WIMAX交织器和反交织器地址生成器的相关工作。第三节解释了移动WiMAX系统的交织和解交织技术。第四节提出了一种交织器地址生成算法,给出了该算法的数学背景、算法和verilog程序。第五节给出了仿真和综合结果。最后,在第六节中对本工作进行了总结。 |
2相关工作 |
在[3]中提出了一种基于有限状态机的WiMAX多模交织器的硬件描述语言设计方法,并在FPGA上实现了硬件模型。在[4]中,作者提出了一种基于模式跟踪机制的ieee802.16 e标准交织块硬件的新颖设计。模式跟踪指的是比较生成的地址,以获得实现体系结构的下一个连续地址之间的关系。这里实现的信道交织器只有½码率。在[5]中,提出了一种基于算法的地址生成电路,并结合数学背景,消除了对楼层函数的要求。这里的地址生成电路是针对IEEE802.16e支持的所有允许码率、调制方案和去交织器深度而设计的。 |
3系统描述 |
通信系统的主要目标是通过通信信道将承载信息的信号从源传输到被称为接收器的目的地,信道可以是有线的或无线的。 |
如图1所示为WiMAX收发系统的必备模块。数据,即时变信号,称为消息,来自源的信号在每次突发时被打乱,以避免使用随机器的0和1的长序列。RS-CC编码器(信道编码器)由FEC方案组成,FEC的关键思想是传输足够多的冗余数据,使接收机能够自行从错误中恢复,然后信道交织器重新排列输入数据,使连续数据之间保持间隔。使用映射器将位交错数据转换为复值符号序列。OFDM符号由IFFT构造。在接收器中,块以相反的顺序组织,从而在输出端恢复原始数据序列。块交织器/解交织器结构,在WiMAX系统中用作信道交织器/解交织器,如图2所示。 |
这里的地址生成器是一个电路,它根据预先确定的排列方案生成交织器地址,它根据选择行生成读和写地址。编码后的数据存储在可位寻址的交织器存储器中,并根据读取地址读取生成的数据以获得交织数据。同样,我们可以根据写地址将数据写入交织器存储器,并连续读出数据。 |
一个。WiMAX系统中的交织: |
交错是一种对编码数据重新排序的技术,这样相邻的位现在就变得不相邻了。从RS-CC编码器接收的数据流通过使用(1)和(2)[6]所描述的两步过程进行排列。这些步骤确保编码位分别映射到非相邻子载波和调制星座的交替低/高有效位。因此, |
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在这里,列数用(d= 16/12对于WiMAX)表示 |
在这个项目中,我们取d= 16,mk和jk分别是第一步和第二步之后的输出;地点: |
K = 0,1 . . . . . .N海关与边境保护局1 |
N海关与边境保护局=每个子信道的编码位数(表示交织器深度) |
d =列数(WiMAX为16/12) |
s = N海关与边境保护局/2,其中N中国共产党为每个子载波的编码位数,即QPSK, 16-QAM或64- QAM分别为2、4或6,[6]。模函数和层函数分别用%和⌊⌋表示。 |
B。WiMAX系统的脱交错: |
反交织器执行逆运算,由两个排列步骤定义,即(3)和(4)j和kj定义去交织器的第一级和第二级排列,其中j是N块内接收位的索引体外循环位。根据[6],(3)和(4)分别对(2)和(1)进行逆运算。 |
因此, |
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块交织器/反交织器支持不同深度(N体外循环)用于IEEE 802.16e[6]的所有允许码率和调制方案(见表一)。 |
在这个项目中,我们关注的是WiMAX IEEE 802.16e支持的3种调制方案。它支持特殊的调制技术,称为自适应调制技术。 |
提出了交织器的算法 |
本文介绍了WiMAX交织器中基于[5]的地址生成器算法及其数学背景。使用(1)和(2)开发了一个MATLAB程序,用于所有调制方案和码率。由于(1)和(2)中存在floor函数,它们在FPGA芯片上直接实现是不可实现的。表二显示了每种调制类型的前四行和六列的交织器地址。当选择d=16时,所有Ncbps的列数都是固定的(=d),而行数则由Ncbps/d给出。 |
仔细审查表二中的地址,可以确认它们之间的关系如下表三所示。地址之间相互关系的数学基础,如本摘要所推导的,由(5)-(7)表示。 |
地点: |
I = 0,1,2…, d 1 |
J = 0,1,2…, (Ncbps/d)-1和 |
r = (Ncbps/d)表示行值。这里i和j分别表示列号和行号。 |
代数分析证明(5)-(7)表示表III地址之间的相关性。因此(5)-(7)对我们提出的算法的数学背景的形成起着至关重要的作用。从表II和表III的相关性出发,通过(5)-(7)的数学表示,提出了三种算法,这些算法消除了对层函数的要求以生成交织器地址。 |
下面提到的算法中kn表示交织器地址,“%”是模函数。 |
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提出的算法如下: |
正交相移编码: |
初始化Ncbps和d |
对于j=0到(Ncbps/d)-1, j++ |
对于i=0到d-1, i++ |
kn = r *我+ j |
结束了 |
结束了 |
B. 16 qam: |
初始化Ncbps和d |
对于j=0到(Ncbps/d)-1, j++ |
对于i=0到d-1, i++ |
If (i mod 2) == 0 |
Kn = r*i + j |
Elseif (j mod 2)==0) |
Kn = r*i+(j+1) |
其他的 |
Kn = r*i+(j-1) |
如果 |
结束了 |
结束了 |
C. 64 qam: |
初始化Ncbps和d |
对于j=0到(Ncbps/d)-1, j++ |
对于i=0到d-1, i++ |
If (i mod 3) == 0 |
Kn = r*i + j |
Elseif (i mod 3)==1) |
If (j mod 3) == 0) |
Kn = r*i+(j+2) |
其他的 |
Kn = r*i+(j-1) |
如果 |
Elseif (i mod 3) == 2) |
If (j mod 3) == 2) |
Kn = r*i+(j-2) |
其他的 |
Kn = r*i+(j+1) |
如果 |
如果 |
结束了 |
结束了 |
然后将这些算法转换到MATlab程序中,用MATlab程序(1)和(2)中WiMAX交织器的所有码率、调制方案和所有允许交织深度的结果验证使用这些算法生成的地址的正确性。 |
五、仿真与综合结果 |
为了测试所提出的WiMAX交织器地址生成器的所有调制方案和码率的算法,使用Xilinx ISE 14.1将这些算法转换为verilog程序,并从iSim 15.1获得所有允许的码率和调制方案的仿真结果。仿真结果与之前的MATlab结果进行了验证。完整的交织器地址生成器的顶层视图如图3所示。并且是为Xilinx Spartan-3E Starter板(Device XC3S500E)合成的FPGA。在Spartan-3 (XC3S500E)现场可编程门阵列(FPGA)上实现了同样的功能。利用iSim对所有允许的调制类型和码率进行了仿真,对N进行了部分仿真体外循环=192位,½码率和16-QAM如图4所示。图4的开头部分显示了第一行(j = 0)的完整地址,后一部分(from尺)显示了第二行(j = 1)的地址。仿真结果与第四节中描述的MATLAB程序得到的输出进行了验证。图5显示了HDL合成器件的使用摘要。 |
从设备利用率总结来看,我们提出的交错器设计架构使用了6.78%的切片,2.70%的切片触发器,并使用了两个gclk,这是Spartan-3E FPGA Starter板中可用gclk的2%。基于FPGA的交织器的最小传播时延和最大工作频率分别为7.144ns和82.88MHz。交错地址发生器电路使用较少的FPGA资源;因此,它为其他相关电路(如随机器、编码器和映射器等)在同一块FPGA芯片上实现提供了空间。由于(1)和(2)中存在floor和mod功能,直接实现地址生成电路非常复杂,消耗大量的逻辑资源。相反,我们基于算法的方法在FPGA平台上提供了更快和资源高效的WiMAX交织器实现。 |
六。结论 |
提出了一种算法及其数学公式,包括WiMAX信道交织器的地址生成电路的证明,支持根据IEEE 802.16e的所有可能的码率和调制模式。将算法转化为优化后的数字硬件电路。硬件采用Verilog技术对Xilinx Spartan-3E (Device XC3S500E) FPGA进行了硬件合成,并在Xilinx Spartan-3E启动板上实现。从设备利用率总结可以清楚地看出,它使用更少的FPGA资源。 |
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参考文献 |
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