反馈环路并行解调代码调试心得

最近在调试一个基于反馈环路的并行解调代码（VHDL in FPGA），主要工作是添加对16QAM的支持（之前只有QPSK）。调试过程颇有些波折，也浪费了不少时间，总结原因于本文结尾。

并行解调代码指的是采用并行多路信号处理架构，以实现信号吞吐率提升，应用于高速无线通信

下面步入正题，列举基本的调试步骤

确保星座图收敛完好

星座图收敛后汇聚于比较小的点，并且无相位偏差和抖动。例如下图所示为16QAM均衡器输出星座图（好吧我承认有点差～）

星座图Equ.jpg

如果星座图比较发散，需要寻找原因并解决。比较常用的方法是将实际采样信号送给仿真程序（例如matlab），观察仿真程序输出星座图。

好的星座图（不加噪声时）是好的误码性能的基础

确定并行处理的线序

星座图收敛完好并不能保证最终输出的数据时正确的，并行解调算法需要重点关注并行线序的一致性。任何一个模块的线序反向都会造成错误。

代码编写阶段注意约定好线序。如果没有约定，需要明确注释说明接口线序（Big Endian 还是 Little Endian，有符号还是无符号等）。否则后患无穷。

如果出现线序错误需要定位问题，可以发送特定短序列，检查解调输出是否匹配。特定短序列的选取需要能够保证时钟环路的收敛。如果只是随意选取，在16QAM模式下很难保证时钟环收敛。一种简单可行的方式是只发送16QAM外侧的4个点，例如按照4个象限顺时针发送，这样既可保证时钟环路收敛，又可简单有效分析。当然有时候需要更加复杂一点的发送图案。

消除相位模糊度

消除相位模糊度的传统方法是采用差分编码。还有一种方式是周期性插入特定字段，接收端需要查找该特定字段并确认其周期性，如果查找失败就将相位旋转90度，直到查找成功，相位模糊度消除。

本代码采用第二种方式，因为发送端采用了LDPC编码，每个编码块之前都插入了帧头，该帧头可用作消除相位模糊度的特定字段。

加噪声测试性能

以上步骤完成后，可以加噪声测试误码性能。先测试无编码情况下误码特性，与理论值进行对比。可以观察加噪后的解调星座图，是否存在相位旋转、溢出等问题。

先测试无编码情况下误码特性，与理论值进行对比

如果性能较差，可能性比较大的原因有：

• 滤波器不合适（模拟滤波器、数字滤波器）
• 信号运算过程有溢出
• 星座点解映射阈值设置（QPSK无此烦恼）

检测环路收敛的健壮性

避免环路进入错误的锁定状态，是需要重点考虑的问题。即要求环路具有自我检测和重启机制。

对于时钟环和载波环，一种有效的策略是检测环路滤波器的输出是否超出阈值。对于自适应均衡环路，可以采用上面提到的周期性插入特定字段的方式来检测收敛正确性。

调试问题总结

• 并行代码的线序不一致问题（这个下回注意可避免）
• 缺少冷静分析（需要跳出来思考）
• 代码调试迭代周期较长
• 写代码时考虑不够周全，导致错误和隐藏错误
• 低估了代码难度

好的程序员应该写代码，而不是改代码