[發明專利]一種基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件系統及其實現方法

有效

• 申請號: 202011163735.8
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112260980B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 傅玉祥;楊和平;李麗;王心沅;趙毅峰;沈思睿;何書專;陳鎧
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L27/36
• 分類號: H04L27/36;H04L27/38;G06F7/544
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張磊

本發明提出一種基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件系統及其實現方法，包括用于控制所有計算模塊和存儲模塊的核心控制模塊；用于存儲計算出的導頻相位角和調制后信號的初始相位角結果數據的存取模塊；用于計算定點復數信號的相位角結果的計算模塊；以及運用導頻點的相位角信息進行均值計算，并對調制后信號的初始相位角結果進行超前相位噪聲補償的超前預測相位噪聲補償模塊。本發明在硬件上采用超前預測相位噪聲的方式對調制信號的相位進行相位補償，確保通信硬件實現中的性能和精度要求，降低硬件資源消耗，降低硬件的功耗，全流水地執行硬件計算，能夠符合通信系統中的傳輸特征，適合各個場景下的通信系統中硬件實現相位噪聲補償過程。

技術領域

本發明涉及一種基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件系統及其實現方法，涉及通信領域。

背景技術

隨著信息時代的到來，人們對于信息數據的帶寬及傳輸速度的不斷提升，近年來，光纖通信技術得到了快速發展。這種以光纖作為介質，光波為載波的通信方式，從誕生至今，便是能夠滿足網絡帶寬增長的主流技術手段，且在未來仍有良好的發展及應用前景。數字通信系統中，傳輸信號常常會在信道中受到損傷和噪聲的影響而產生相位偏移，為保證相干接收機性能，在接收端通常需要進行載波相位的恢復。目前，常用的載波相位恢復方式包括傳統軟/硬查分譯碼、導頻（polit）輔助法、Turbo差分譯碼等，其中，導頻輔助法是通過在發射端插入已知導頻符號作為參考，在接收端對相位噪聲進行模擬消除的方式，達到相位補償的效果，如何在保證性能的情況下減小插入導頻開銷成為該方案的主要優化方向。

同時，集成專用電路（ASIC）是為特定用戶和電子系統的需求而設計和制造的集成電路，與通用的集成電路相比具有可靠性高、高性能、低成本、硬件開銷小的優勢。自1981年首個載于ZX81個人電腦中的ASIC芯片推出至今，ASIC在特定需求情況下的電路實現中占據著相當核心的地位，并在可以預見的未來仍有較好的發展前景。但當ASIC芯片設計完畢，其所適應的算法就是固定的，這將一定程度上降低算法的靈活性。在光傳輸領域，光數字處理（DSP）芯片是算法硬件電路實現的關鍵，這種芯片通常采用ASIC實現。

由于通信算法中信號的連續性和及時性，因此流水結構是通信算法硬件實現的重要方向，如何在保證算法性能與硬件可靠性的條件下具有較好的算法適應性、提高算法運行并行度、減少復雜計算模塊的使用是通信算法硬件實現的重要方向。

發明內容

發明目的：一個目的是提出一種基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件系統，以解決現有技術存在的上述問題。進一步目的是提出一種基于上述系統的方法。

技術方案：一種基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件系統，包括用于控制所有計算模塊和存儲模塊的核心控制模塊；用于導頻相位角和調制后信號的初始相位角的存取模塊；用于計算信號相位角的CORDIC計算模塊；以及用于超前預測進行相位噪聲補償的計算模塊。

在進一步的實施例中，所述核心控制模塊進行任務的調度和連接，所述核心控制模塊將調制后的復數信號送入CORDIC相位角計算模塊，并控制中間結果數據的存取，將對應的中間結果分別送入到超前預測相位補償模塊，計算出最終相位補償結果。

在進一步的實施例中，所述CORDIC相位角計算模塊用于計算經過QAM調制后的復數信號的相位角，其基本運算單元只包含乘法器和加法器模塊，相位角的基本計算公式為：

式中，表示經過QAM調制的復數信號，其中為實部，為虛部，為虛數單位，表示相位角。

在進一步的實施例中，所述導頻相位角和調制后信號的初始相位角的存儲模塊包含兩個區域，分別用于存儲從CORDIC計算模塊送出的導頻相位角結果和調制后信號的初始相位角結果，其存取方式通過控制地址信號Address來訪問對應位置。

基于超前預測實現相位噪聲補償的硬件實現方案的具體計算流程如下：