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DS/CDMA通信中匹配滤波器的FPGA设计(2)

3并行匹配滤波器

  文献[2]提及了并行匹配滤波器的结构,如图3所示,将周期为L的本地码分成K段,每段长M=L/K,图3中K=4,M=256,共4路。不难看出,由于将本地码分成了多组,每路匹配滤波器输出值大于门限时都可以认为捕获成功,所以该种结构的滤波器的平均捕获时间为: 3/2(1/4L)TC =3/8LTC,是传统匹配滤波器的1/K。因此这种并行结构的匹配滤波器具有捕获时间短的优点,但是由于将本地码分成若干段,所以这种结构的滤波器抗干扰能力有所降低,文献[3]提及的将并行匹配滤波器增加参考支路用于信道估计,有助于提高其抗干扰能力。

6

  4折叠匹配滤波器

  折叠滤波器的结构如图4所示。如果滤波器的时钟频率是K倍的采样数据速率 ,对于一个256的本地码序列这种折叠滤波器只需要256/K=64个抽头,这里K=4。每4个时钟周 期送入一个采样数据。在折叠滤波器中码字必须以折叠的形式存放,在第一个时钟周期a0…a 63被送入64个抽头单元中,同时a0加法器中注入一个0,第一个时钟结束时加法器的结构送入保持寄存器。第二个 时钟周期a64…a127被送入64个抽头单元当中,a64加法器的送入来自保持寄存器,第二个时钟周期结束时加法器的结果送入保持寄存器;接下来的两个时钟周期的情况与此类似,第四个时钟周期 结束时结构送入捕获寄存器。可以看出这种折叠滤波器复用了加法器,在保证平均捕获时间与传统串行匹配滤波器相同的条件下,大大节省了加法器网络所占用的资源,图4结构所占用的资源=256/4[8(16 b 加减法器)+9(延时单元)+1(本地码存储单元)] +30(控制单元)=1 182 slices,与传统匹配滤波器相比节约了大概2/3的资源。

7

 

  进一步提高时钟频率可以使资源利用率更低,但是对于硬件设计来说时钟频率的提高使得设计的难度加大,所以在采用折叠滤波器的情况下要综合考虑信息速率,过采样率和硬件所能够支持的时钟频率,使得在硬件所能达到性能条件下,最大限度地降低资源利用率 。

    5基于多项分解的匹配滤波器

  在FIR滤波器中,转移函数为:

8


  
    L为滤波器长度,可以将滤波器的冲击响应分成D组,

9

 


  
  对接收信号进行M倍过采样[4]时,在本地码相应位置插0,即:

a

 


  
  于是可以得到如图5所示的滤波器网络结构图。

b

  这里M=4,D=16,将本地序列的首位定义为h(1023),末位定义为h(3 ),实现结构如图6所示。在16倍时钟速率下采用循环存储的方法,输入采样数据送入RA M1,16个子滤波器输出送入RAM2,第一个时钟周期读入RAM1中地址0处的数据,h(63)h(3)送入抽 头单元,加法器结果送入琐存单元,同时将保持寄存器1中的结果送入RAM2中的0地址单元。第二个时钟周期读入RAM1中地址为64处的数据,h(127)h(67)送入抽头单元,加法器结果移入锁存器,同时将保持寄存器2中的数据送入RAM2中地址为1的单元。后面14个时钟周期做法类似,在第16个时钟周期结束的时候,所有锁存器的结果送入保持寄存器,同时清0。RAM2中 的数据以地址为17的间隔输出,送入加法器,每16个数据的和为滤波器的输出。从图6中我们可以看到,滤波器的抽头数目和分组的多少有关,由于加法器分时复用,所以分组越多,所用的资源越少。同时由于不需要延时单元,所以大大减少了对延时寄存器的占用。资源占用数目比折叠匹配滤波器还少。但是我们也可以看到,这种结构的滤波器对时钟的要求较高,在设计的时候必须考虑硬件所能支持的最高时钟频率,同时该结构的设计复杂度较大,由于要预先对数据进行存储,捕获时间相对较长。

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