一种基于5G大频偏相位补偿的FPGA实现方法与流程

本发明涉及基站下行权值计算方案处理方法，具体涉及一种基于5g大频偏相位补偿的fpga实现方法。

背景技术：

5gnr(newradio)中3gpp38.2115.4协议新增符号间相位补偿。基站侧和ue(userequipment)补偿公式如下：

基站侧需要补偿因子：

ue侧需要补偿的因子：

其中，f0、f1表示基站和ue的射频频点，单位hz，l表示符号系数，取值范围1～l，l表示1ms内的符号个数，n表示fft点数，fs表示采样率，单位hz，ncp包含当前符号以及该符号之前所有符号的cp长度之和。为了实现协议需求，需要寻找一种满足nr常用频率范围(0.45g～5g)而且适合硬件fpga实现的灵活的实现方案。

技术实现要素：

针对5gnr中大频偏范围相位补偿，本发明提出了一种基于5g大频偏相位补偿的fpga实现方法，本发明是一种精度和资源可控的fpga实现方案，易于实现硬件fpga，有效解决了协议中新增大频偏相位补偿问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于5g大频偏相位补偿的fpga实现方法，包括如下步骤：

s1，生成正弦sin_t待查表和余弦cos_t待查表；

s2，根据基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子中符号系数l的取值，计算基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子的指数部分，得到基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子的指数部分的定标值；

s3，根据基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子的指数部分的定标值，计算正弦sin_t待查表和余弦cos_t待查表的查表索引tdex，tdex为指数部分定标值低x比特对应值，其中x＝log2(tn)，tn为表长度；

s4，根据查表索引tdex查正弦sin_t待查表和余弦cos_t待查表得到需要的相位值。

优选的：正弦sin_t待查表和余弦cos_t待查表，表内复数定标q(16,15)。

优选的：s1中，正弦sin_t待查表生成公式如下：

floor(sin(0:2*π/tn:2*π*(tn-1)/tn)*(2¹⁵-1))

式中，floor()表示向下取整，tn为表长度。

优选的：s1中，余弦cos_t待查表生成公式如下：

floor(cos(0:2*π/tn:2*π*(tn-1)/tn)*(2¹⁵-1))

式中，floor()表示向下取整，tn,为表长度。

优选的：s2中，获取基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子的指数部分的定标值的过程包括如下步骤：

s2.1，令基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子指数部分的

其中，fk为子载波间隔，ncp1为长cp长度，ncp2为短cp长度；

s2.2，对进行标定处理，令标定后的定标值为

定标q(22+x,x)，其中x＝log2(tn)，tn为表长度。

优选的：s3中，若需要补偿的相位为ue侧，则tdex保持不变。

优选的：s3中，若为需要补偿的相位为基站侧，对tdex进行修正，修正方式如下：

tdex大于等于tn/2时，令tdex＝tn-tdex，否则tdex＝tdex+tn/2。

优选的：根据查表索引tdex查表得到需要的相位值得到的基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子thetavalue(l)的表达式如下：

thetavalue(l)＝cos_t(tdex+1)+j*sin_t(tdex+1)。

优选的：基站侧补偿因子表达式如下：

其中，f0表示基站的射频频点，l表示符号系数，取值范围1～l，l表示1ms内的符号个数，n表示fft点数，fs表示采样率，ncp包含当前符号以及该符号之前所有符号的cp长度之和。

本发明具有如下有益效果：

本方法能有效解决基站侧和ue侧大频偏相位补偿问题，精度和资源灵活可控，所得的基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子的指数部分的定标值中的量化比特越大精度越高，资源占用越大，反之比特越少，精度越低，资源占用越少，便于fpga实现，有效解决了协议中新增大频偏相位补偿问题。

附图说明

图1为本处理方案得到的相位值与理论值之间evm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

本发明基于5g大频偏相位补偿的fpga实现方法，包括如下步骤：

步骤1、生成正弦sin_t待查表和余弦cos_t待查表，表长度为tn，表内复数定标q(16，15)：

余弦cos_t待查表和正弦sin_t待查表生成公式如下：

floor(cos(0:2*π/tn:2*π*(tn-1)/tn)*(2¹⁵-1))

floor(sin(0:2*π/tn:2*π*(tn-1)/tn)*(2¹⁵-1))

其中floor()表示向下取整；

步骤2、为了得到步骤1中查表索引值，根据表示符号系数l的取值计算补偿因子(基站侧补偿因子以及ue侧补偿的因子)的指数部分，定标处理包括如下步骤：

2.1令指数部分的f0(ncp+(l-1)*n)/fs等于c，公式拆开并简化如下：

其中fk为子载波间隔，单位hz，ncp1长cp长度，ncp2短cp长度。

2.2对简化后的c进行定标处理，令定标后的标定值为d，定标q(22+x,x)，其中x＝log2(tn)，量化比特x越大精度越高，资源占用越大，反之比特越少，精度越低，资源占用越少，便于fpga实现。

根据目前nr常用的频点范围以及采样率，可以预估c的有效位宽不会超过22+x比特，则标定值d如下：

步骤3、根据步骤2得到的指数部分定标值d，计算查表索引tdex：

tdex为d的低x比特，其中x＝log2(tn)，tn为表长度，需要根据待补偿的相位的正负，得到最终的tdex，具体的：

若需要补偿的相位为正数(ue侧)时，则tdex保持不变；

若需要补偿的相位为负值(基站侧)时，需要对tdex进行修正，修正方式如下：

当tdex大于等于tn/2时，tdex＝tn-tdex，否则tdex＝tdex+tn/2

步骤4、根据查表索引tdex查表得到需要的相位值。

补偿因子thetavalue(l)＝cos_t(tdex+1)+j*sin_t(tdex+1)

实施例

为了举例验证本方法的优越性，搭建仿真平台，模拟定点查表出来的相位值和浮点真实值之间差异。本实施例中，f1取3.5ghz，tn取4096，x即12，fs取值122.88m，fft点数n为4096点，l符号取值2，fk为30khz子载波间隔，按照本发明的上述方法，d计算值为511466666，tdex计算值3242，thetavalue(2)计算得到8448-j*31660，对应浮点值0.2578-j*0.9662，计算与浮点真实值0.2588-j*0.9659的evm为0.1040％，满足fpga实现要求。

进一步遍历nr目前常用频段0.45g～5g，evm仿真结果如图1所示，整个频段满足fpga实现要求。