专利名称：基于可编程逻辑控件的np问题处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种数据处理设备，特别涉及的是一种通过可编程逻辑控件实现的NP问题处理装置。
背景技术：
为了对干扰效果进行实时监测和评估，需要建立一套监测机制。如果被干扰方采用最佳多用户检测，在此情形下，如果其误码率仍旧超过阈值，那么就可以判定达到干扰效果，所以这套监测机制的具体内容是实现一个最佳多用户检测器。
多用户检测是第三代移动通信系统中宽带CDMA通信系统抗干扰的关键技术。在CDMA通信系统中，由于多个用户的随机接入，所使用的扩频码集一般并非严格正交，码片之间的非零互相关系数将引起各用户间的干扰，这样不仅会严重限制系统的容量，而且强多址信号会淹没弱用户信号，使“远-近”效应的影响加剧。由于用户的扩频码已知，所以用户间的互相关系数是已知的，接收机可以知道多址干扰中的某些重要信息，如多址干扰的扩频码字、组成结构及与目标信号的关系。利用这些信息，接收机可以对各用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间的干扰，从而有效地消除多址干扰的负面影响，这种在检测时利用了多个用户信息的策略称为多用户检测。
1979年和1983年，K.S.Schneider，R.Kohno分别提出了多用户检测的思想，利用其他用户的已知信息消除MAI，实现无MAI的多用户接收，并指出了一些研究方向，这是多用户检测的最早的文献。此后，多用户检测取得了很大的发展，形成了几条比较清晰的思路，理论工作也日渐完善。图1所示，其为典型的多用户检测系统模型。
针对传统CDMA接收机的弱点，1986年S.Verdu提出匹配滤波器加Viterbi译码的异步CDMA最佳检测方法，它实质上是序列检测问题，即对接收信号序列的整体进行处理，采用最大似然序列准则找出一个接收信号序列，使得给定输出序列的似然函数最大。最佳多用户检测由匹配滤波和Viterbi译码算法组成，具有优异的性能，但由于其运算复杂度随用户数指数增长(2K)(NP问题)，实际上是无法实时实现的。
目前多用户检测的主要研究方向是寻找良好性能和低复杂度之间的最佳检测方法。典型的方法有解相关检测和干扰消除检测等。解相关检测就是采用扩频序列相关矩阵的逆变换R-1作为线性变换算子L，将传统检测器的输出经L变换后再进行判决输出。与之类似的还有采用L＝[R+σ2A-2]-1的最小均方误差检测(MMSE)；干扰消除多用户检测一般分为串行干扰消除(SIC)和并行干扰消除(PIC)两种，都属于多级型多用户检测，即在接收端估计对每个用户的多址干扰，然后从接收信号中部分或全部消除多址干扰。若每一级各用户并行的采用匹配滤波器或相关器检测，这就是传统的并行干扰消除算法(PIC)，PIC检测器每一级都同时判决、再生和消除所有多址干扰，也就是说，PIC利用前级用户的信息构造所有用户的干扰信号，然后从接收信号中抵消掉干扰信号，最后同时判决。若每一级每个用户，根据信号能量的大小，采用串行的匹配滤波或相关的检测，这就是所谓的串行干扰对消算法(SIC)，SIC检测器每级都对信号能量进行排序，只解出一个能量最高的信号，再利用判决出的信号进行干扰再生消除，重复以上过程直到最后一个用户为止。
这些方案在一定程度上可以改善系统性能，但都存在着不足。比如解相关和MMSE检测都需要对互相关矩阵求逆，当用户数很多时，复杂度太大，实现起来十分困难。SIC由于需要不断的对各个用户进行重新排序，处理时延会加大。PIC虽然处理时延较小，但是计算量却很大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，用以克服上述缺陷。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其包括一可编程逻辑控件，一电源模块、一A/D转换模块以及一数字信号处理器，其中， 所述的电源模块其分别与所述的可编程逻辑控件、A/D转换模块以及一数字信号处理器相连，为它们提供电力； 所述的A/D转换模块接收一模拟量，其与所述的可编程逻辑控件相连接，将转换后的数字量传输给可编程逻辑控件； 所述的数字信号处理器与所述的可编程逻辑控件相连接，将可编程逻辑控件处理后的数据传给数字信号处理器，并有所述的数字信号处理器输出数据并显示； 其中，所述的可编程逻辑控件为可编程门阵列； 其中，所述的可编程逻辑控件的时钟脉冲输出端与所述的A/D转换模块的采集时钟端相连接； 其中，还包括两个加载存储器，其中一个加载存储器与所述的数字信号处理器相连接，另一个加载存储器与所述的可编程逻辑控件相连接； 其中，所述的数字信号处理与一计算机相连； 其中，所述的电源模块其为四个电压转换器组成，用以转换出四种电压，所述的电压变换器为线性电源器件，其输出端分别与所述的可编程逻辑控件、A/D转换模块、一数字信号处理器相连接； 其中，所述的可编程门阵列还具有一输出端口以及至少一初始数据输入端口； 与现有技术比较本实用新型的有益效果在于，物理结构简单，并具有小型化的优点。
图1为现有技术中典型的多用户检测系统模型简图； 图2为本实用新型基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置的较佳实施例结构简图； 图3为本实用新型基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置的电源模块结构简图。
附图标记说明1-可编程逻辑控件(可编程门阵列)；4-电源模块；2-A/D转换模块；3-数字信号处理器；71-第一加载存储器；72-第二加载存储器；5-输出端口；6-计算机；44-第一线性电源器件；41-第二线性电源器件；42-第三线性电源器件；44-第四线性电源器件。
具体实施方式
以下结合附图，对本新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图2所示，其为本实用新型基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置的较佳实施例结构简图；其包括一可编程逻辑控件1，一电源模块4、一A/D转换模块2以及一数字信号处理器3，其中， 所述的A/D转换模块2接收一外界输入的模拟数据信号，其与所述的可编程逻辑控件1相连接，将转换后的数字数据信号传输给所述的可编程逻辑控件1；根据载入所述可编程逻辑控件1中的算法程序，所述的可编程逻辑控件1将其接收到的数字数据信号进行处理。
所述的A/D转换模块2为一A/D芯片，其最重要的两个参数是采样率和输出有效位数，根据需求我们选择的A/D芯片为AD9244BST-40，其是AD公司制造的14位A/D芯片，其最低采样率为40M，在输入20M信号的时候，所述A/D芯片的实际有效位数为11.7，所述的A/D转换模块2负责将模拟信号转化成一定精度的数字信号。
模拟数据信号通过SMA接头输入，本实用新型所述A/D转换模块2选用的A/D芯片的主要特性如下差分输入，可调参考电平，1～2V最高输入峰峰值，最高750M输入带宽，超范围指示。两个模拟输入分析为VIN+和VIN-，所述A/D芯片将输入判断为两者之差 VCORE＝VIN+-VIN- A/D芯片根据这个输入电压差来进行采样量化。VCORE还必须满足下式 其中VREF为外部电路决定的参考电压，其通常是在1～2V之间。为了保证差分输入的稳定性，隔离输入端口，我们采用了一个差分放大器将输入单一信号变成差分信号。参考电压是所述A/D芯片进行采样量化的标尺，必须保持稳定和准确。所述A/D芯片提供内部和外部两种方式产生参考电压，我们使用内部可调方式。
所述的数字信号处理器3与所述的可编程逻辑控件1相连接，所述可编程逻辑控件1将处理后的数据传给所述的数字信号处理器3，并由所述的数字信号处理器3输出数据，所述的数字信号处理3与一计算机6相连，则就以在所述的计算机上显示处理结果，当然也可以通过计算机6向所述的可编程逻辑控件1发出操作指令，进行联调。
所述的可编程逻辑控件1为可编程门阵列(FPGA)，我们采用Cyclone EP1C12系列中一款240脚PQFP封装的芯片，其容量为12060逻辑单元以及240KRAM，具有2个数字锁向环(PLL)，在所有该系列芯片中所述芯片是最符合本实用新型要求的器件。
本实用新型还包括两个加载存储器71、72，其中，一第一加载存储器71与所述的数字信号处理器3相连接，一第二加载存储器72与所述的可编程门阵列1相连接，所述的可编程门阵列1还具有一输出端口5以及至少一初始数据输入端口(图中数据输入箭头所指)。
所述的数字信号处理器3不参与整个NP问题处理算法的实施，其仅负责与所述的可编程门阵列1以及计算机6的连接。所述计算机定时向所述的可编程门阵列1发出要求更新数据的指令，并发送一个更新命令给所述的数字信号处理器3，所述的数字信号处理器3向所述的可编程门阵列1转达这个命令并同时通过高速同步串口(图中未示)接收所述可编程门阵列1的最新输出数据，再回送给所述的计算机6。通过这个过程，所述的计算机6能够定时或者人工查看当前目标信息，方便整个系统的联调，所述的数字信号处理器3以及高速同步串口可以看成演示模块。
需要说明的是所述的可编程门阵列1和所述的数字信号处理器3之间的数据接口，我们采用所述的数字信号处理器3的同步串口(Mc BSP)来实现数据交换，并用所述的数字信号处理器3的GPIO来发送和接收命令，这个同步串口的速率最高可以达到所述的数字信号处理器3主频的四分之一。
对于本实用新型而言，其正常工作电源的要求是比较高的，请参阅图3所示，其为本实用新型基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置的电源模块结构简图。
所述的电源模块4其分别与所述的可编程门阵列1、A/D转换模块2以及一数字信号处理器3相连，为它们提供运行所需要的电力；所述的电源模块4其为四个电压转换器组成，这是由于本实用新型需要三种电压决定的，图中所有的直流-电压转换器都是线性电源器件，线性电源器件比非线性电源器件(如开关电源)转化效率低一些，但安全性和稳定度高。所述的可编程门阵列1工作时对内核电压的稳定度要求非常高，而本实用新型在功耗上并没有苛刻的要求，所以我们全部采用线性电源实现所有的电源电压。
在图3中第一线性电源器件44提供5V电压给所述的A/D转换模块2，第二线性电源器件41提供1.5V电压给所述的可编程门阵列1作为其内核电压，第三线性电源器件42、第三线性电源器件43共同提供1.8V电压给所述的数字信号处理器3作为其内核电压。
最终的测试表明，本实用新型在正常工作的情况下输入电流约为0.4A，而实际上A/D转换模块2和差分放大器功耗大概占用了其中的一半以上。如果去除去所述的数字信号处理器3的同步串口(Mc BSP)，那么本实用新型的功耗将进一步降低。
通过本实用新型的物理结构载体，采用Hopfield神经网络(HNN)实现多用户检测。利用基于检测序列最大后验概率最佳多用户检测的似然函数与HNN能量函数的对应关系，将多用户检测的优化问题映射为HNN能量函数的最小化问题，然后应用最佳多用户检测器目标函数的等效条件，构造出HNN检测器。由于HNN固有的能量函数快速下降特性，实现了一种优化神经网络最佳多用户检测器。HNN的发明者Hopfield受到Boltzman机的启发，类比与Ising模型发明了这种计算网络，值得一提的是，在今年年初量子计算机的最新成果依旧借助Ising模型的邻域连接思想，而整个模型的收敛性和变分法寻找的能量函数极小值有着密不可分的联系。
最佳多用户检测属于NP问题，Hopfield神经网络利用最佳多用户检测的似然函数与HNN能量函数的对应关系，将多用户检测的优化问题映射为HNN能量函数的最小化问题，然后应用最佳多用户检测器目标函数的等效条件，构造出HNN检测器。由于HNN固有的能量函数快速下降特性，实现了一种优化神经网络最佳多用户检测器。降低了多用户检测计算复杂度，减少了处理时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求1.一种基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，其包括一可编程逻辑控件，一电源模块、一A/D转换模块以及一数字信号处理器，其中，
所述的电源模块其分别与所述的可编程逻辑控件、A/D转换模块以及一数字信号处理器相连，为它们提供电力；
所述的A/D转换模块接收一模拟量，其与所述的可编程逻辑控件相连接，将转换后的数字量传输给可编程逻辑控件；
所述的数字信号处理器与所述的可编程逻辑控件相连接，将可编程逻辑控件处理后的数据传给数字信号处理器，并由所述的数字信号处理器输出处理后的数据进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，所述的可编程逻辑控件为可编程门阵列。
3.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，所述的可编程逻辑控件的时钟脉冲输出端与所述的A/D转换模块的采集时钟端相连接。
4.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，还包括两个加载存储器，其中一个加载存储器与所述的数字信号处理器相连接，另一个加载存储器与所述的可编程逻辑控件相连接。
5.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，所述的数字信号处理与一计算机相连，用以显示处理结果。
6.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，所述的电源模块其为四个电压转换器组成，用以转换出三种电压，所述的电压变换器为线性电源器件，其输出端分别与所述的可编程逻辑控件、A/D转换模块、一数字信号处理器相连接。
7.根据权利要求2所述的基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其特征在于，所述的可编程门阵列还包括一输出端口以及至少一初始数据输入端口。
专利摘要本实用新型为一种基于可编程逻辑控件的NP问题处理装置，其包括一可编程逻辑控件，一电源模块、一A/D转换模块以及一数字信号处理器，其中，所述的电源模块其分别与所述的可编程逻辑控件、A/D转换模块以及一数字信号处理器相连，为它们提供电力；所述的A/D转换模块接收一模拟量，其与所述的可编程逻辑控件相连接，将转换后的数字量传输给可编程逻辑控件；所述的数字信号处理器与所述的可编程逻辑控件相连接，将可编程逻辑控件处理后的数据传给数字信号处理器，并由所述的数字信号处理器输出数据。
文档编号H04B17/00GK201063811SQ20072017022
公开日2008年5月21日 申请日期2007年8月16日 优先权日2007年8月16日
发明者赵建业, 建 王 申请人:北京大学