[發明專利]一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法

有效

• 申請號: 202010130644.8
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111371720B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 余翔;李淵;段思睿;黃俊汐
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L27/00;H04B1/16
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法，其特征在于，將流水線式的OFDM接收機進行硬件優化，使接收機架構分為數據通路模塊與控制通路模塊，通過分析接收機中時頻同步算法的算子資源占用與寄存器占用，來給不同時隙調度算子與寄存器；該優化方法具體包括以下步驟：

S1：對OFDM接收機時頻同步算法中所使用到的算子資源及寄存器資源進行統計歸類；具體包括：

S11：通過延時相關能量計算、相關窗口能量計算、幀搜索三個分模塊實現符號同步，其中使用3個復乘器算子和1個除法算子，共用到11個大粒度寄存器，即寄存器R1-R11；

S12：通過數據分流、載波頻偏估計、載波頻偏補償、數據聯合輸出四個分模塊實現載波同步，其中使用1個除法器算子、1個cordic算子和2個復乘器算子，共用到9個大粒度寄存器，即寄存器R12-R20；

S13：通過長訓練序列提取、信道估計、能量計算、信道補償四個模塊實現信道估計與均衡，其中使用2個乘法算子、1個復乘算子和1個除法算子，共用到6個大粒度寄存器，即寄存器R21-R26；

S14：通過導頻提取模塊、導頻相關模塊、采樣頻偏估計、采樣頻偏補償四個模塊實現采樣頻率同步，其中使用1個復乘算子和1個cordic算子，共用到7個大粒度寄存器，即寄存器R27-R33；

S2：設計對OFDM接收機算子資源與寄存器資源的調度方案；具體包括：

S21：符號同步模塊中為全時隙占用，不實行調度；

S22：載波同步模塊的1個除法算子、1個cordic算子、1個復乘算子在本模塊使用完成之后可調度；寄存器R12-R18在本模塊使用之后可以復用；

S23：信道估計與均模塊中調用載波同步中的1個復乘算子和1個除法算子；寄存器R21/R22對寄存器R12/R13復用，寄存器R24復用寄存器R18，寄存器R25/R26復用寄存器R16/R17；

S24：采樣頻率同步模塊中調用載波同步中的cordic算子；寄存器R33復用寄存器R24；

S3：設計OFDM接收機控制器；具體包括：

S31：采用控制步CD01-CD03分別控制延時相關能量計算、相關窗口能量計算和幀搜索；

S32：采用控制步CD04-CD07分別控制數據分流、載波頻偏估計、載波頻偏補償和數據聯合輸出；

S33：采用控制步CD09-CD12分別控制長訓練序列提取、信道估計、能量計算和信道補償，以及對步驟S23中算子復用及寄存器的復用；

S34：采用控制步CD13-CD16分別控制導頻提取、導頻相關、采樣頻偏估計和采樣頻偏補償，以及對步驟S24中的算子復用和寄存器的復用；

S4：得到優化后的OFDM接收機。

2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法，其特征在于，所述步驟S11中，符號同步算法的計算公式為：

其中，M(d)為符號同步定時測度函數，m為滑動窗長度內的某個符號，r表示接收端收到的信號，d為定時點，L為滑動窗口長度。

3.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法，其特征在于，所述步驟S12中，載波同步算法的計算公式為：

其中，為載波頻偏估計值，D^STS為段訓練序列長度，為相鄰子載波頻率間隔，y_n為復基帶信號，為y_n經過D^STS延時后的共軛，r_n為接收端的復基帶信號，為頻偏補償后的接收端復基帶信號，θ_n為頻偏角度。

4.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法，其特征在于，所述步驟S13中，信道估計與均衡算法的計算公式為：

其中，為信道估計矩陣，R_RLTS為接收到的長訓練序列，為接收到的長訓練序列共軛，L_LTS為標準長訓練序列為補償之后的OFDM符號，為本地長訓練序列共軛，R為接收信號。

5.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的正交頻分復用接收機優化方法，其特征在于，所述步驟S14中，采樣頻率同步算法的計算公式為：

其中，θ_l,k為第l個OFDM的第k個子載波的相位旋轉，接收機采樣時鐘為T_s為接收機采樣時鐘，相對誤差為Δ，S_l為固定值為接收到的導頻信號，為子載波信道估計值，N_u為OFDM符號采樣點數，N_s為OFDM符號循環前綴采樣點數，為導頻信號。