誤差模塊設計 - 基于System Generator實現(xiàn)高速盲均衡器設計并闡述了MCMA算法的實現(xiàn)過程

2.4 誤差模塊設計
誤差模塊由虛部和實部誤差模塊構(gòu)成，兩個模塊結(jié)構(gòu)相同，其中MCMA誤差計算虛部模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。MCMA誤差計算模塊中主要包含數(shù)據(jù)的截取、重新定義、減法器和乘法器。根據(jù)定點仿真得出的結(jié)果，需要首先對濾波器模塊的虛部輸出信號Y_I(n)和實部輸出信號Y_Q(n)進行數(shù)據(jù)截取，截取為16 bit數(shù)據(jù)，舍棄低20位。再重新定義為1 bit為符號位、5 bit為整數(shù)位、10 bit為小數(shù)位的數(shù)據(jù)。這兩個信號經(jīng)過取模后，分別輸入到16 bit×16 bit的硬核乘法器中，得到32 bit的絕對值的平方，再將得到的數(shù)據(jù)與32 bit減法器中的常模值相減，最后送到32 bit×16 bit的硬核乘法器中相乘，舍棄低24 bit，重新定義為1 bit為符號位、17 bit為整數(shù)位、其余6 bit為小數(shù)位的數(shù)據(jù)，便得到MCMA算法虛部的誤差信號。

2.5 系數(shù)更新模塊設計
系數(shù)更新模塊主要由1個數(shù)據(jù)延時模塊、13個系數(shù)增量模塊、13個新系數(shù)計算模塊構(gòu)成。由于整個盲均衡器輸入信號比輸出信號晚16個時鐘周期，為了使誤差信號與輸入信號同時輸入到系數(shù)增量模塊，這里與輸入信號的信號延遲模塊有點不同，需要延遲16個時鐘周期。系數(shù)更新模塊都對應一個系數(shù)增量模塊，如圖5所示，因此需要調(diào)用該模塊13次，濾波器的每個系數(shù)也都對應一個新系數(shù)計算模塊，如圖6所示。所以新系數(shù)計算模塊也需要調(diào)用13次，才能完成所有的運算并輸出更新后的濾波系數(shù)。

3 仿真和實現(xiàn)結(jié)果

本文采用Xilinx公司的System Generator軟件[6]進行硬件協(xié)同仿真，如圖7所示，實際上就是PC和開發(fā)板的協(xié)同仿真，把硬件模塊下載到開發(fā)板中進行仿真，硬件模塊和PC共享存儲器交換數(shù)據(jù)。協(xié)同仿真參數(shù)設置如下：信源采用功率歸一化的16QAM[7]和QPSK信號，信噪比為25 dB，步長為0.002，信道參數(shù)為[1，0，0.299 7，0，0，-0.003 6]，該信道的頻率響應起伏較大。MCMA均衡器采用中心抽頭[8]初始化，將I路信號中第7路的抽頭系數(shù)設為1，其他抽頭系數(shù)設為0，長度為13，采樣間隔時間為1/1 000 s。

在ISE軟件對整個工程文件進行綜合、轉(zhuǎn)換、映射、布局布線后，得到的靜態(tài)時間報告如表1所示。從中可以看出，輸入速率達到67 Mb/s。16QAM和QPSK信號經(jīng)過信道衰減、噪聲過后，均衡前的星座圖如圖8和圖9所示；硬件協(xié)同仿真后，均衡星座圖如圖10和圖11所示。從圖8～圖11可以看出，MCMA算法設計是有效的，均衡信號的同時還糾正了相位偏移。

在無線非協(xié)作通信中，盲均衡器是非常關(guān)鍵的信號處理單元，消耗硬件資源很大。本文基于System Generator軟件,闡述了MCMA算法[9]的實現(xiàn)過程，通過優(yōu)化Xilinx公司模塊的參數(shù)配置，合理地利用xc7z020-1clg484芯片的資源，實現(xiàn)了高速盲均衡器，使輸入速度達到67 Mb/s。與傳統(tǒng)設計方法相比，提高了設計效率，對當前和今后復雜、高速的信號處理單元設計有一定借鑒意義。