[發明專利]一種基于濾波器組的FPGA多載波通信系統

有效

• 申請號: 201711403992.2
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108418773B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 李波;張凡;周兆軍;王小軍;張健;王陳春;張勛勛;閆旭;仇妙月;王沖
• 申請（專利權）人: 西安烽火電子科技有限責任公司
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L27/36
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 寇蘭英

1.一種基于濾波器組的多載波通信系統，其特征在于，包括ROM模塊、正交振幅調制模塊、IFFT模塊、原型濾波器、加幀頭模塊和并串轉換模塊；

ROM模塊輸出端電連接正交振幅調制模塊輸入端，正交振幅調制模塊輸出端電連接IFFT模塊輸入端，IFFT模塊輸出端電連接原型濾波器輸入端，原型濾波器輸出端電連接加幀頭模塊輸入端，加幀頭模塊輸出端電連接并串轉換模塊輸入端；

ROM模塊用于獲取高速數據流，并輸出設定位數的數據data_to_mod發送至正交振幅調制模塊；將高速數據流分割成M個并行的子數據流，使每個子數據流具有較低的傳輸速率；正交振幅調制模塊用于實現正交振幅調制，將接收到的數據data_to_mod進行正交振幅調制后輸出設定位數的I路數據data_to_ifft_I和設定位數的Q路數據data_to_ifft_Q發送至IFFT模塊；

IFFT模塊用于將接收到的所述I路數據data_to_ifft_I和所述Q路數據data_to_ifft_Q進行IFFT運算后，輸出設定位數的I路轉換數據data_to_conv_I和設定位數的Q路轉換數據data_to_conv_Q后發送至原型濾波器，實現各個子載波的混頻過程；具體實現過程為：將QAM調制后的發射信號x(k)的下標k分解為M的整數倍lM部分和小數部分i，即k＝lM+i，i＝0，1，…，M-1，則得到QAM調制后的發射信號x(k)的化簡結果x(lM+i)：

其中，h(lM+i-nK)表示原型濾波器的第n個系數化簡結果，a_i(n)表示第m子數據流中第n個采樣拍數處需要濾波的符號數據a_m(n)逆快速傅立葉變換結果，即a_i(n)＝IFFT(a_m(n))，通過IFFT實現QAM調制；

原型濾波器用于接收所述I路轉換數據data_to_conv_I和所述Q路轉換數據data_to_conv_Q后進行原型濾波，輸出設定位數的I路濾波數據data_to_tx_form_I和設定位數的Q路濾波數據data_to_tx_form_Q后發送至加幀頭模塊；在符號速率下實現濾波過程，降低FPGA實現時的濾波速率；

其過程為：

(1)將所述I路轉換數據data_to_conv_I和所述Q路轉換數據data_to_conv_Q記為需要濾波的數據，原型濾波器存儲原型濾波器系數，并對所存儲的原型濾波器系數進行劃分，得到K組長度為N的原型濾波器系數，N為原型濾波器系數分成K組數據后每組數據的長度；然后從濾波器系數ROM模塊中取出第d′組長度為N的濾波器系數，d′＝1，2，…，K；將所述需要濾波的數據分為K組后進行存儲，每組數據長度為N；

所述對所存儲的原型濾波器系數進行劃分，具體為：將原型濾波器的第n個系數h(k-n*K)中的k分解為K的整數倍lK部分和小數部分i，即k＝lM+i，i＝0，1，…，M-1；n∈[-∞，+∞]，從而分解每一個原型濾波器系數；

令μ＝mod K(lM+i)，θ＝divK(lM+i)，則k＝θK+μ，μ＝0，1，…，K-1，則將原型濾波器的第n個系數化簡結果h(lM+i-nK)中的lM+i-nK化簡為：

lM+i-nK＝θK-nK+μ；

令q＝θ-n，則得到QAM調制后的發射信號x(k)的優化結果x(θK+μ)：

其中，h(qK+μ)表示原型濾波器的第n個系數優化結果，將原型濾波器每一個系數以K為間隔抽取，使得原型濾波器每一個系數相對于第1個系數平移μ，即h(qK+μ)＝h^μ(qK)；

(2)獲取第d組長度為N的數據后進行移位處理，將移位處理后的結果記為第d段等待濾波的數據，所述第d段等待濾波的數據等待K組長度為N的濾波器系數卷積；d的初始值為1；

(3)將第d組等待濾波的數據與第d′組長度為N的原型濾波器系數進行相乘，得到第d_d′組并行N路相乘結果，d′＝1，2，…，K；然后將第d_d′組并行N路相乘結果發送至加法器進行相加，并將相加后的結果記為第d_d′組卷積結果；

(4)令d′的值加1，重復執行步驟(3)，直到d′等于K，此時得到第d₁組卷積結果至第d_K組卷積結果，記為第d組卷積結果，將所述第d組卷積結果發送至輸出RAM模塊中進行存儲，輸出RAM模塊接收輸入RAM模塊存儲的使能信號后控制RAM模塊存儲第d組卷積結果；將d′的值初始化為1；

(5)得到第d組卷積結果后令d的值加1，控制模塊通知輸入RAM模塊進行取數據操作，并返回步驟(2)；直到得到第1組卷積結果至第K組卷積結果，記為設定位數的I路濾波數據data_to_tx_form_I和設定位數的Q路濾波數據data_to_tx_form_Q；

加幀頭模塊用于接收所述I路濾波數據data_to_tx_form_I和所述Q路濾波數據data_to_tx_form_Q后在所述I路濾波數據dara_to_tx_form_I和所述Q路濾波數據data_to_tx_form_Q前分別加入幀頭，進而設定位數的I路幀數據data_Tx_I和設定位數的Q路幀數據data_Tx_Q后發送至并串轉換模塊；

并串轉換模塊用于接收所述I路幀數據data_Tx_I和所述Q路幀數據data_Tx_Q后進行合并，最終輸出數據為基于濾波器組的多載波通信數據。

2.如權利要求1所述的一種基于濾波器組的多載波通信系統，其特征在于，所述IFFT模塊用于將接收到的所述I路數據data_to_ifft_I和所述Q路數據data_to_ifft_Q進行IFFT運算，并且對所述I路數據data_to_ifft_I和所述Q路數據data_to_ifft_Q分開且同時進行復數數據的IFFT運算處理。