多天线信号合并中相位加权值的修正查表算法及FPGA实现.pdf

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1、第41卷第4期数字通信Vol41，No．42014年8月25日DigitalCommunicationAug．25201419DOI：10．3969／j．issn．1005—3824．2014．04．005多天线信号合并中相位加权值的修正查表算法及FPGA实现唐利翰，雷维嘉，谢显中(重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室，重庆400065)摘要：针对白码查表法的储存器利用效率不高问题，给出了一种改进的基于非线性编码的算法和流水线结构，并通过VHDL语言编程，在FPGA上加以实现。仿真结果表明，与白码查表法的计算结果进行比较，非线性编码查表法提高了查表精确

2、度，降低了查找表的大小，便于FPGA实现。关键词：多天线；信号合并；相位加权值；非线性查表法；VHDL中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1005．3824(2014)04-0019-06从式(1)和式(2)可见，可以将相位加权值分解0引言为cosA0和sin~02个部分。由于2路信号的互相对多天线信号进行合并后可以有效提高接收信关值中包含了信号的相位信息，则根据信号的互相号信噪比¨，这使得多天线系统受到了高度的重关值可以计算得到相位差，具体计算方式如下式视。相位加权是多天线合并的重要组成部分，特别arctan(＼Re[R)㈩是在信号合并的计算中，

3、如果参与合并的信号之间⋯，(0)]，没有进行相位加权使信号之问相位对齐，则会严重式(3)中：R⋯，(0)为()和(t)的互相关值。影响信号合并的质量]。用FPGA进行工程实现时，通常采用3类方法现考虑2路信号进行信号合并，设经过时延处计算三角函数值：泰勒展开式算法J、Cordic算法理的2路信号分别为(t)和：(t)，第1路信号的和查表算法。泰勒展开式算法需要构造大量的乘法幅度加权系数为l，l，第2路信号的幅度加权系数器来实现，而乘法器需要占用大量的硬件资源，因为l，l，2路信号之间的相位差为△，则理论上2此，此方法不太适用于FPGA。Cordic算法不需

4、要乘法器，其复杂度较泰勒展开式算法有一定的下降，但路信号加权合并的公式为(t)=f加1f戈l(t)+f，feJaOx2(t)=是它需要大量加法器和移位寄存器，资源消耗也较大。查表法通常预先将满足精度的三角函数值计算IWI·(t)+J·(t)]+ll·(cosA0+j·出来，储存在ROM表中，计算时只需要提供对应角sin~0)·[(t)+J·()]=IW1·(t)+度值对应的地址，即可通过查表得到相应的三角函1W2l·cosA0·2(t)一lW2l·sin~0·2g(t)+j·数值，查表法的计算精度较前2种方案低，本文对该{lW1l‘()+l1．cosA0。

5、2()+lW1．方法进行讨论。sinA0·2(t)}(1)由于三角函数是非线性函数，通常要增加其计合成之后的信号的虚部和实部分别为算精度，就需要增加相应储存量。本文给出了一种Xouti修正的查表算法：非线性编码查表法。通过非线性_()=J1I’1()+J彬2}‘编码，有效地解决了查表法在应对非线性函数造表cosA0·2()一l2l‘sinS0’2g(t)时的精度问题，并且通过VHDL语言编程，在FPGA~out_q()=】1J‘1(t)+JW2J上加以实现。仿真结果表明，非线性编码查表法的cosA0。2q(t)+l2l‘sinA02()实现效果准确可靠。(

6、2)1非线性编码查表法收稿日期：2014-05—09修回日期：2014—05-28查表法一般只在函数定义域的部分区间造表，20数字通信第41卷将选取的这个区间称为造表区间(记为尺)，用分段来，分别储存到正余弦值查找表中，作为第2级查表点r0，r”，r将造表区间划分成若干份，查找的样值点。这就构成了非线性编码查表法的2级查表中记录的只是点r0，r．-，rr对应的函数找表。值]。通常的白码查表法采取的划分方法是等距最后，对(4)式中的分段点进行非线性编码生划分，由此定义造表间距D=+，一rI。成查表的地址，地址编码格式为：段落码+段内码；为解决线性表中储存器利

7、用效率不高的问题，地址编码的位长z根据造表区间样值点数m确定，本文在查表时，对于反正切函数进行非线性变换，其其中z=lbm。具体编码方式如下。目的是使函数区以非均匀方式划分区间，从而提高设某正切值对应的二进制数为a，对这个二进高斜率区间的查表精度，并且有效地遏止传统白码制数进行位数截取，截取得到的s位的值为o，其查表法在低斜率区间上的精度浪费。中s=lbN；若a大于造表区间最大值Ⅳ，此时a=非线性编码查表法结构如图1所示。查表时，Ⅳ。若将其编为10位的非线性码，再将这些码字作首先通过输入互相关值确定当前角度的查表地址，为地址查表得到反正切值。取10位非线性

8、码中高通过查表得到反正切函数值(角度)，而后通过角度4位为段落码，