基于FPGA的多通道校準算法同步實現(xiàn)

　　數(shù)字信號處理模塊是接收機系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)要求數(shù)字信號處理模塊能實時處理ADC變換后的數(shù)字信號，并用軟件的方法來實現(xiàn)大量的無線電功能，這些功能包括：多通道校準、編解碼、調(diào)制解調(diào)、濾波、同步、盲均衡、檢測、數(shù)據(jù)加密、傳輸加密糾錯、跳擴頻及解擴和解跳、通信環(huán)境評估、信道選擇等，而單個DSP根本無法完成這些功能。目前可用的一些高速DSP的性能最快的也不超過5GIPS ，與實際需求相差巨大。這種處理資源的匱乏，被稱之為DSP 瓶頸[1]，因此我們在本系統(tǒng)中主要采用Xilinx的FPGA芯片實現(xiàn)后端數(shù)字信號處理。

　　時鐘同步

　　FPGA硬件設(shè)計中，時鐘是整個設(shè)計最重要、最特殊的信號，異步信號輸入總是無法滿足數(shù)據(jù)的建立保持時間，所以需要把所有異步輸入都先進行同步化。時鐘同步的重要性如下：

　　● 系統(tǒng)內(nèi)大部分器件的動作都是在時鐘的跳變沿上進行，這就要求時鐘信號時延差要非常小，否則就可能造成時序邏輯狀態(tài)出錯;

　　● 時鐘信號通常是系統(tǒng)中頻率最高的信號;

　　● 時鐘信號通常是負載最重的信號，所以要合理分配負載。出于這樣的考慮在FPGA這類可編程器件內(nèi)部一般都設(shè)有數(shù)量不等的專門用于系統(tǒng)時鐘驅(qū)動的全局時鐘網(wǎng)絡(luò)。

　　對于一個設(shè)計項目來說，全局時鐘(或同步時鐘)是最簡單和最可預測的時鐘。只要可能就應盡量在設(shè)計項目中采用全局時鐘。FPGA都具有專門的全局時鐘引腳，它直接連到器件中的每一個寄存器。這種全局時鐘提供器件中最短的時鐘到輸出的延時。

　　但在許多應用中會出現(xiàn)兩個或兩個以上非同源時鐘，系統(tǒng)設(shè)計將面臨復雜的時間問題，數(shù)據(jù)的建立和保持時間很難得到保證。對于需要多時鐘的時序電路，最好將所有非同源時鐘同步化，即選用一個頻率是它們的時鐘頻率公倍數(shù)的高頻主時鐘。各個功能模塊要使用統(tǒng)一的復位電路。在使用帶時鐘的觸發(fā)器、計數(shù)器等有復位端的庫器件時，一般應盡量使用有同步復位的器件。注意復位時應保證各個器件都能復位，以避免某些寄存器的初始狀態(tài)不確定而引起系統(tǒng)工作不可靠。

　　基于以上分析，在本設(shè)計中，將64M的高頻時鐘作為系統(tǒng)時鐘，輸入到所有觸發(fā)器的時鐘端。時鐘使能信號Clk_en將控制所有觸發(fā)器的使能端。即原來接8M時鐘的觸發(fā)器，接64M時鐘，同時Clk_en將控制該觸發(fā)器使能;原接64M時鐘的觸發(fā)器， 還接64M時鐘，Clk_en也將控制該觸發(fā)器使能。這樣，就可以將任何非同源時鐘同步化。

　　多通道校準同步算法

　　下面以M元陣為例來說明多通道校準過程。接收機開機時，先將選擇開關(guān)S切換到位置2(見圖1)，進入校準狀態(tài)。注入信號s(t)經(jīng)功分器進入各陣元通道，陣元通道輸出為基帶數(shù)字信號xm(t)。將第一條通道作為參考通道，第一條通道的輸出延時τ后作為參考信號，與其他陣元通道的輸出一起送入相應的自適應校正濾波器。自適應校正濾波器將會對陣元通道的傳輸特性進行補償，使各個陣元通道的傳輸特性趨近參考通道。這里采用LMS自適應算法，待自適應算法收斂后，穩(wěn)態(tài)權(quán)矢量將作為自適應校正濾波器的系數(shù)固定下來，至此陣元通道的校正結(jié)束。最后，將選擇開關(guān)S切換到位置1就可進入正常通信狀態(tài)。