賽靈思FPGA設(shè)計技巧與應(yīng)用創(chuàng)新

上一次我們提到可以利用本地存儲的訓(xùn)練序列與接收到的序列進(jìn)行匹配濾波（相關(guān)）的方法來搜尋精確的OFDM符號起始位置。整個模塊的框圖如下：

（1）框圖的第一部分是匹配濾波器（相關(guān)器），假如我們直接調(diào)用復(fù)數(shù)乘法器完成，則需要16個復(fù)數(shù)乘法器，這么大的資源要求，我們肯定要設(shè)法化簡。（注：這不像前面我們遇到的情況，前面是計算接受序列的自相關(guān)，可以只用一個復(fù)數(shù)乘法器即可實(shí)現(xiàn)，但在這里，要將接受的序列與本地存儲的值做相關(guān)，必須要16個復(fù)數(shù)乘法器）
實(shí)際當(dāng)中考慮到節(jié)約芯片的資源，可以將本地存儲的序列進(jìn)行量化(正的（包括0）量化為1，負(fù)的量化為-1)，當(dāng)然也可以將接收到的序列進(jìn)行量化，但是這樣會稍稍復(fù)雜一點(diǎn)。就是說我們?yōu)榱擞嬎愫唵味鴮⒈镜卮鎯Φ男蛄薪茷?+j，1-j，-1-j，-1+j這四種情況（因?yàn)橛?xùn)練序列良好的自相關(guān)性所以這種處理是允許的）。因此這樣就可以利用加減法代替復(fù)數(shù)乘法，從而達(dá)到節(jié)約芯片面積的目的。
為了在理論上比較一下近似處理之后的結(jié)果，我用量化后的本地序列與接收到的序列做互相關(guān)（就是匹配濾波）如下圖，接受信號中已疊加噪聲。

從理論的結(jié)果來看，我們做上述近似是可行的。這樣原先的復(fù)數(shù)乘法器就可以省掉了，簡單將各級的數(shù)據(jù)實(shí)部與虛部組合加減就可以了，非常方便，當(dāng)然，在連接模塊的時候還是很煩的，必須非常小心。

（2）數(shù)據(jù)經(jīng)過匹配濾波器后，我們需要計算出結(jié)果的幅值，我們當(dāng)然不會去求實(shí)部和虛部平方和再開方，一方面這樣的資源消耗是可觀的，另一方面，完全沒有必要。我們只需要求出實(shí)部和虛部的絕對值的和，適當(dāng)調(diào)整門限值就可以了。和我在第一篇實(shí)現(xiàn)分組檢測的處理方法類似，不再贅述。如下圖：

（3）符號搜尋模塊：

本單元負(fù)責(zé)檢測計算出的幅值是否大于設(shè)定的門限值，并計數(shù)峰值出現(xiàn)的次數(shù)，當(dāng)次數(shù)為短訓(xùn)練序列的段數(shù)時（10），此刻即為長訓(xùn)練序列循環(huán)前綴精確地起始位置。關(guān)于門限值的設(shè)定需要先進(jìn)行理論仿真，并考慮實(shí)際信道的影響，靈活調(diào)整，一般要反復(fù)多次調(diào)試。（其實(shí)，我覺得這種設(shè)置絕對門限值的做法不好，因?yàn)閷?shí)際的信道環(huán)境是復(fù)雜的，不可能設(shè)置一個絕對的門限值適合所有的環(huán)境，可以考慮設(shè)置相對的門限值）。如下圖示意：

（4）循環(huán)前綴去除單元

考慮到符號的精確位置已經(jīng)找到，所以長訓(xùn)練序列符號和數(shù)據(jù)符號的循環(huán)前綴部分可以去除了，用信號Symbol_enable指示數(shù)據(jù)是否有效（為1時數(shù)據(jù)有效），有效時間為一個符號中數(shù)據(jù)的長度，Symbol_enable為低電平的時長為16。
因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中規(guī)定兩個長訓(xùn)練序列的循環(huán)前綴是連續(xù)在一起的，即首先的32個數(shù)據(jù)我們就舍棄，我們僅需將前一模塊的Symbol_finded延時32個單位即可。
隨后的兩段長訓(xùn)練序列，64X2，為保證和后面數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)相同，我們做如下處理：
先輸出64個樣值（第一段長訓(xùn)練序列），此后的所有樣值延時16個單位時間輸出。同時，利用一個模80的計數(shù)器輸出占空比為4/5的脈沖，用它來指示此時是否是有效符號的數(shù)據(jù)。

（5）最后附上本設(shè)計的頂層文件及仿真波形：

仿真波形中我們將信號疊加了15db的噪聲，基本功能我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，輸出的信號為數(shù)據(jù)（實(shí)部、虛部）和Symbol_Finded（指示符號準(zhǔn)確起始位置）以及Symbol_enable（指示有效數(shù)據(jù)），本設(shè)計的后續(xù)單元就是FFT單元了，因此本單元是系統(tǒng)同步的關(guān)鍵部分?；貧w到SysGen上來，我們看到，只要結(jié)構(gòu)十分清晰，從基本算法到硬件實(shí)現(xiàn)，用Xilinx的這個DSP工具是很方便的，很形象化，相比代碼方法，集成速度大幅提高。