基于FPGA的高速通道校正實(shí)現(xiàn)

前言

        當(dāng)今社會(huì)無(wú)線通信迅猛發(fā)展，無(wú)線通信用戶激增，要解決通信系統(tǒng)容量、帶寬限制等這些嚴(yán)重問(wèn)題的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是多天線通信技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的使用能大幅度地提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率和鏈路可靠性，與單天線系統(tǒng)相比，用多天線系統(tǒng)發(fā)射和接收信號(hào)能獲得陣列增益(或稱波束形成增益)、分集增益、多路復(fù)用增益和干擾抑制等優(yōu)勢(shì)。然而多天線技術(shù)帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)會(huì)不可避免地引起通道不一致性問(wèn)題[1]。在實(shí)際工程應(yīng)用中，陣列接收機(jī)的多個(gè)通道由于PCB(印制電路板)走線長(zhǎng)度不等、通道特性存在差異等硬件的非理想因素，導(dǎo)致多個(gè)通道接收到的信號(hào)存在差異，典型情況為多通道信號(hào)存在相位差，通道校正即通過(guò)通道校正算法，將多通道信號(hào)進(jìn)行修正，使其差異縮小為一個(gè)可接收范圍。

        本文在現(xiàn)代通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度極大提高的背景下，提出一種基于Xilinx  Virtex-5 FPGA的高速通道校正的實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)使用可靠的片內(nèi)高速串并轉(zhuǎn)換器ISERDES[2-3]，將8路800MHz輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為32路200MHz信號(hào)，進(jìn)一步完成通道校正系數(shù)計(jì)算、加權(quán)求和等操作，從而實(shí)現(xiàn)800MHz的通道校正實(shí)現(xiàn)。

降低信號(hào)處理速度方法

        由于FPGA內(nèi)部集成的乘法器、加法器等IP CORE(知識(shí)產(chǎn)權(quán)核)運(yùn)算速度最高僅有550MHz[3]，在實(shí)際應(yīng)用中為保證運(yùn)算的穩(wěn)定性，一般采取低于300MHz的運(yùn)算速度，要實(shí)現(xiàn)速度高達(dá)800MHz的運(yùn)算速度，必須使用降低數(shù)據(jù)速率的方法。本文中使用賽靈思(Xilinx)公司在其產(chǎn)品Virtex-5中集成的高速串并轉(zhuǎn)換器(ISERDES)，它是為需要高速數(shù)據(jù)采集等應(yīng)用開發(fā)的專用模塊，能夠提供高速的I/O處理能力，不受FPGA內(nèi)部資源的限制，不占用系統(tǒng)邏輯資源[2]。通過(guò)對(duì)ISERDES各參數(shù)端口進(jìn)行配置，使其滿足實(shí)際應(yīng)用，本文實(shí)現(xiàn)將800MHz的輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)1:4串并轉(zhuǎn)換，并行輸出的數(shù)據(jù)速率為200MHz。


        整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括：串并轉(zhuǎn)換、計(jì)算通道校正系數(shù)、加權(quán)求和三個(gè)子模塊構(gòu)成。