在FPGA中实施4G无线球形检测器

　　对4x4矩阵，我们使用了1个对角线单元和7个非对角线单元。分解单个矩阵所花的处理时间为4x4=16个数据周期，而该设计交付数据的速度是每三个时钟周期一个样本，因此分解单个矩阵的所用总时长为3x4x4=48个时钟周期（低于可用的64个时钟周期）。我们对分解后的矩阵使用了回代法（back substitution），同时以相同的TDM方式进一步进行了重新排序操作。

　　球形检测器

　　球形检测器采用PED单元进行范数计算。根据树的层次，我们采用了三种不同类型的PED单元。根节点PED模块负责计算所有可能的PED。二级PED模块针对上一级计算得出的8个幸存路径计算出8个可能的PED。这样在树的下一级索引中，我们就有64个生成的PED。第三种类型的PED模块用于其它树级，负责计算上一级计算出的所有PED的最邻近的节点PED。

　　球形检测器(SD)的流水线架构可以在每个时钟周期中处理数据。其结果就是树的每级只需要一个PED模块。因此，对4x4 64-QAM系统而言，PED单元的总数为8，与树的级数相等。

　　SD可以采用硬解码和软解码两种类型的解码技术。硬解码能够用贯穿树的各级的最小距离矩阵度量次序；软解码用对数似然比来代表输出的每个比特。对数似然比一般被当作优先输入值提供给信道解码器，比如turbo解码器。

FPGA资源占用

　　实施和仿真包括MIMO 802.16e宽带无线接收检测过程，但不包括软输出生成模块。目标芯片是Virtex-5 -2FF1738FPGA。设计的时钟频率为225MHz，可用的数据率为83.965MB/s。

　　表1显示了设计中每个主要功能单元的资源占用情况。利用率(%)表示FPGA面积占器件总面积的百分比。

　　表1 按子系统划分的资源占用情况

　　System Generator和基于模型的设计

　　我们使用针对DSP设计流程的赛灵思System Generator实现了完整的硬判链。设计验证工作不仅使用了MATLAB/Simulink 环境的仿真语义，还有System Generator的协同仿真功能。信道矩阵参数的同相部分和正交部分从正常的分布得出，并由MATLAB交付给System Generator建模环境。我们同样使用这种仿真框架进行了比特误码率计算。图3对我们的定点硬判决设计BER曲线、浮点硬判决设计BER曲线和最佳ML参考曲线进行了比较。我们通过对赛灵思ML510开发平台进行基于以太网的硬件协仿真，开发出了该设计的硬件演示。信道矩阵参数采用赛灵思AWGN IP核发送给球形检测器。我们通过把设计嵌入到自同步BER测试器来计算BER。该仪器能够向检测器发送输入并捕获误码。

　　图3 4x4 64-QAM的浮点MATLAB仿真(硬判决)、System

　　Generator设计（硬判决）BER曲线与最大似然曲线相比

　　本文就采用空分复用MIMO的通信系统使用的球形检测器进行了简要介绍。我们详细探讨了球形检测器和信道矩阵预处理器的架构情况。实现预处理的方法有许多种，虽然我们的方法在计算上要复杂一点，但得出的BER性能接近最大似然。虽然我们的讨论是围绕WiMAX进行的，设计人员可以把其中的许多方法用于3G/ LTE（长期演进）无线系统