单载波频域均衡装 置，包括：
[0122] 控制单元，用来产生整个模块的控制信号并进行时序控制，通过不断监测各个单 元的内部输出信号和处理完成标志，在特定时刻向特定单元输出时序控制信号，确保各功 能单元的控制逻辑精准有效；它包括全局时钟计数器、一个以上的本地存储器地址计数器、 FFT单元启动信号发生器、IFFT单元启动信号发生器，如图8中（a)所示；
[0123]FFT单元，用于完成对接收序列进行时域到频域的转换，采用流水线流式1/0,每 帧可对1024个定点数据进行处理，如图8(b)所示；
[0124] 均衡系数生成单元，用来生成不同信道模型和通信环境下、采用不同均衡技术时 的均衡系数，根据实际通信需求自适应选择适用的信道模型和系统参数，在固化信噪比时， 由Matlab脱机实现，并将软件数据导出存储至均衡装置对应的本地存储器，作为复数乘法 单元的输入信号；
[0125] 复数乘法单元，包括选择器和复数乘法器，用于完成各功能单元的复数乘法、除法 操作，由选择器优选均衡系数矩阵，进行针对性频域均衡处理，如图8(c)所示；
[0126]IFFT单元，负责将均衡处理后的输出信号由频域变换到时域，采用流水线流式1/ 〇,每帧可对1024个定点数据进行处理，如图8 (d)所示。
[0127] 在具体应用实例中，每一个本地存储器中包括校验节点存储块和变量节点存储 块，构成乒乓缓冲区，任何时刻均只有一个存储块处于均衡状态，另外一个存储块正在进行 下一周期活跃中间变量集的调入操作。
[0128] 如图9所示，为本发明的外部接口与内部互连顶层设计方案。
[0129] 如图10所示，在经典城市6径衰落信道模型（TU6)下，采用丽SE和ZF两种均衡 技术分别对SC-CPM信号和全球移动通信系统中广泛采用的MSK信号进行SC-FDE，并对平均 误码率性能进行了对比，MSK表示最小频移键控。从图中可以看出：在TU6下，本发明的信 号选型方案比常规方案最大可实现4dB的平均误码率性能提升，MMSE均衡技术比ZF均衡技 术最大可实现7dB的平均误码率性能提升，本发明可根据实际通信需求实现MMSE和ZF(更 适用于对信道参数知悉甚少条件下的盲检测）均衡系数的可配置。
[0130] 为了验证本发明的正确性与有效性，在FPGA(VERTEX5,XILINXCo.)上对用于软件 无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡装置进行实现。固化信噪比为10,由Matlab 脱机产生待均衡信号矢量及参考条件下的优选均衡系数矩阵，由FPGA在指定时刻存入均 衡装置对应的本地存储器。对控制单元、FFT单元、复数乘法单元和IFFT单元分别进行基 于ModelsimSE-6410.Ic环境的时序仿真测试。对比分析各功能单元的FPGA输出信号与 Matlab脱机运行量化结果可知，误差均在0. 001 %以内。
[0131] 对本发明顶层模块进行基于ModelsimSE-6410.Ic环境的时序仿真测试，在全局 时钟频率为40MHz，完成每帧1024个接收数据的均衡处理约耗时0. 14248ms。
[0132] 基于XilinxISEDesignSuite14. 7环境综合后，可以得到本发明的RTL级电路 原理图及硬件资源开销统计，与同类均衡器的FPGA实现方案相比，本发明的体系结构可同 时适用于ASIC实现和FPGA实现，在硬件开销上得到了明显降低。
[0133] 以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡方法，其特征在于，步 骤为： 51 :检测有效数据：若检测到接受序列为有效数据，执行步骤S2,否则停留在步骤Sl进 行等待； 52 :均衡初始化：将接收到的待均衡信号矢量及参考条件下的均衡系数矩阵按一定的 存储方式存储到变量节点存储块中，并初始化信道模型和系统参数； 53 :FFT操作：启动FFT单元，完成对接收序列从时域到频域的转换； 54 :均衡过程：启动复数乘法单元，由选择器选择均衡系数矩阵，进行针对性频域均衡 处理； 55 :IFFT操作：启动IFFT单元，将均衡处理后的输出信号由频域变换到时域； 56 :检测处理完成：若检测到整个均衡处理流程结束，将步骤S5的结果作为整个装置 的输出信号，否则继续从步骤S3开始执行。2. 根据权利要求1所述的用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡方 法，其特征在于，在步骤S2中，采用动态、经典城市6径条件下的频率选择性衰落信道，各径 时延及归一化功率为 O (〇? 189)、1 (0? 379)、2 (0? 255)、8 (0? 090)、12 (0? 055)、25 (0? 032)。3. 根据权利要求1所述的用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡方 法，其特征在于，在步骤S2中，采用SC-FDE技术中的ZF线性均衡技术和MMSE线性均衡技 术，由Matlab脱机计算获得自适应均衡系数矩阵。4. 根据权利要求3所述的用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均 衡方法，其特征在于，在步骤S2中，系统收/发天线的数目均为1，发射数据帧长度为 116424bits，CP长度为25bits，发射数据包数量为5000。5. 根据权利要求1所述的用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡 方法，其特征在于，在步骤S2中，所述接收到的待均衡信号矢量由接收机传感器对接收到 的信号矢量经过预处理并移除CP获得；所述CP采用SC-CPM信号数据帧结构设计，其中 SC-CPM表示串行级联连续相位调制。6. -种用于实施上述权利要求1~5中任意一项均衡方法的均衡装置，其特征在于，包 括： 控制单元，用于产生整个模块的控制信号并进行时序控制，通过不断监测各个单元的 内部输出信号和处理完成标志，在一定时刻向特定单元输出时序控制信号，确保各功能单 元的控制逻辑精准有效； FFT单元，用于完成对接收序列进行时域到频域的转换； 均衡系数生成单元，用于生成不同信道模型和通信环境下、采用不同均衡技术时的均 衡系数； 复数乘法单元，包括选择器和复数乘法器，用于完成各功能单元的复数乘法、除法操 作，由选择器选择均衡系数矩阵，进行针对性频域均衡处理； IFFT单元，用于将均衡处理后的输出信号由频域变换到时域。7. 根据权利要求6所述的均衡装置，其特征在于：每一个所述本地存储器中包括校验 节点存储块和变量节点存储块，构成乒乓缓冲区，任何时刻均只有一个存储块处于均衡状 态，另外一个存储块正在进行下一周期活跃中间变量集的调入操作。8. 根据权利要求6所述的均衡装置，其特征在于：所述控制单元包括全局时钟计数器、 一个以上的本地存储器地址计数器、FFT单元启动信号发生器和IFFT单元启动信号发生 器。9. 根据权利要求6所述的均衡装置，其特征在于：所述FFT单元采用流水线流式1/0， 每帧可对1024个定点数据进行处理。10. 根据权利要求6所述的均衡装置，其特征在于：所述IFFT单元采用流水线流式1/ 0,每帧可对1024个定点数据进行处理。
【专利摘要】一种用于软件无线电系统的低复杂度自适应单载波频域均衡方法及装置，该方法的步骤为：S1：检测有效数据；S2：均衡初始化：将接收到的待均衡信号矢量及参考条件下的均衡系数矩阵按一定的存储方式存储到变量节点存储块中，并初始化信道模型和系统参数；S3：FFT操作：启动FFT单元，完成对接收序列从时域到频域的转换；S4：均衡过程：启动复数乘法单元，进行针对性频域均衡处理；S5：IFFT操作：启动IFFT单元，将均衡处理后的输出信号由频域变换到时域；S6：检测处理完成：若整个均衡处理流程结束，将步骤S5的结果作为整个装置的输出信号，否则继续从步骤S3开始执行。该装置用来实施上述方法。本发明具有可降低硬件复杂度、误码率性能优良、资源利用率高、鲁棒性好、实时性强等优点。
【IPC分类】H04L25/02, H04W72/04, H04L25/03
【公开号】CN105162737
【申请号】CN201510578368
【发明人】刘衡竹, 赵健, 张波涛, 周理, 袁山洞, 蔡万增
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月11日