3.2 模塊的解析

（1）接收和存放模塊

數(shù)據(jù)從中頻分I、Q兩路數(shù)據(jù)輸出，接收模塊采用2片32 bit寄存器組存放。mem0[31:16]存放0～159的實(shí)部，mem0[15:0]存放0～159的虛部。mem1[31:16]存放2 048～2 207的實(shí)部，mem1[15:0]存放2 048～2 207的虛部。

（2）乘法模塊

圖2中，a對應(yīng)的是0～159的實(shí)部，b對應(yīng)的是0～159的虛部，c對應(yīng)的是2 048～2 207的實(shí)部，d對應(yīng)的是2 048～2 207的虛部。乘法模塊實(shí)現(xiàn)了一個復(fù)數(shù)的相乘。一對共軛復(fù)數(shù)需要4個乘法器(a+bj)×(c-dj)=(ac+bd)+(bc-ad)j。由于需要320個復(fù)數(shù)對應(yīng)相乘，為了更快地完成同步，同時又要考慮資源的情況，一次采用多少乘法器，需要根據(jù)后面的測試和評估情況做出選擇。在權(quán)衡資源與速度后，本設(shè)計一次使用20個乘法器。

（3）存儲模塊

存儲模塊的作用是把上一個模塊數(shù)據(jù)相乘后的320數(shù)據(jù)存儲起來。為了方便后面求和模塊的取值，此處采用了4個RAM。圖2中，Re1存放乘法模塊輸出的0～159的實(shí)部，Re2存放乘法模塊輸出的160～319的實(shí)部，Im1存放乘法模塊輸出的0～159的虛部，Im2存放乘法模塊輸出的160～319的虛部。對應(yīng)的RAM 的輸入和輸出地址是根據(jù)程序中標(biāo)志位來控制的，對應(yīng)的RAM 的輸入值與采用乘法器的個數(shù)有關(guān)，采用多個乘法器時輸入值采用位拼接的方式存入輸入端。當(dāng)給出輸出端地址時，讀出的數(shù)據(jù)也是很多個數(shù)據(jù)的位拼接，對應(yīng)取出需要的位數(shù)即可。

（4）求和模塊

由于未采用滑動相關(guān)的方案，所以需要對得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行加減，才能完成滑動相關(guān)求和的過程?；瑒哟螖?shù)為0及滑動次數(shù)為1時，乘法器的數(shù)據(jù)相乘部分有159個數(shù)據(jù)是重復(fù)相乘。所以可以采用sre<=sum_re+re2[0]-re1[0]求和。其中，sre相對于滑動一次的實(shí)部數(shù)據(jù)和，sum_re是未滑動數(shù)據(jù)的實(shí)部和，re2[0]是第160個實(shí)部（已完成了ad+bc即是一個復(fù)數(shù)和對應(yīng)的復(fù)數(shù)相乘后的實(shí)部）, re1[0]是第0個實(shí)部（已完成了ad+bc是一個復(fù)數(shù)和對應(yīng)的復(fù)數(shù)相乘后的虛部）。對應(yīng)的虛部也是這樣操作。實(shí)部和虛部分別需要完成160次，即：

（6）比較模塊

比較由開方模塊出來的max和temp出來的數(shù)據(jù)大小,找出對應(yīng)的位置max_position輸出delete_cp信號，為后面數(shù)據(jù)送到CP、FFT模塊做指示。

4 FPGA實(shí)現(xiàn)結(jié)果及分析

圖3是FPGA設(shè)計的仿真圖，max_position是用ML算法找到的最大值，即為CP的起始位置值。delete_cp為標(biāo)志位，是為了給后面數(shù)據(jù)輸送到CP模塊、FFT模塊的開始標(biāo)志。仿真程序中設(shè)置了同步的噪聲為33個，max_position的值是33。仿真中，噪聲設(shè)為任意一個小于160的數(shù)X，max_position的值是X。說明ML算法在數(shù)據(jù)相關(guān)性很好的情況下，能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)同步。圖4是連接項(xiàng)目板子后，用Xilinx ISE10.1中的ChipScope Pro采集到的圖樣。ChipScope Pro主要是在板級調(diào)試過程中，觀察FPGA芯片內(nèi)部的信號?？梢钥闯鰉ax_position的值是50，之所以和仿真圖的值不一樣，因?yàn)檫@個數(shù)據(jù)是真實(shí)的數(shù)據(jù)。基于ML算法，可以通過板級調(diào)試，成功地實(shí)現(xiàn)定時同步。圖5是聯(lián)機(jī)調(diào)試（FPGA、DSP與協(xié)議棧一起調(diào)試）中用Agilent的示波器采集到的波形。B1總線值為50（即max_position的值）。數(shù)字線14中的信號代表delete_cp信號?？梢钥闯觯瑘D5采集到的信號和圖4的一樣，證明在聯(lián)機(jī)調(diào)試中，能夠成功實(shí)現(xiàn)同步。從圖3、4、5中觀察到的現(xiàn)象看，方案3的設(shè)計能正確實(shí)現(xiàn)ML算法，能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)上行同步。

ML算法的程序已通過Xilinx ISE10.1[6]的編譯、仿真驗(yàn)證、板級驗(yàn)證和聯(lián)機(jī)驗(yàn)證。其結(jié)果和理論值一致，可以精確到LTE系統(tǒng)要求。該算法滿足了硬件對算法的模塊化、規(guī)則化的要求，因此，它可以充分發(fā)揮硬件的優(yōu)勢，利用硬件的資源和速度，從而實(shí)現(xiàn)硬件與算法相結(jié)合的一種優(yōu)化方案。在FPGA設(shè)計中，使速度與面積達(dá)到了很好的平衡，主要體現(xiàn)在乘法模塊。此外，在實(shí)現(xiàn)過程中采取了一次做20次乘法的方案，使整個同步的過程完成只需要1 000多個周期，時間比較短，且占用資源很?。⊿lice LUT=7%）。由于該算法的FPGA實(shí)現(xiàn)在這個項(xiàng)目的聯(lián)機(jī)調(diào)試中，性能穩(wěn)定，所以該算法的FPGA實(shí)現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用到國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“TD-LTE無線終端綜合測試儀表”開發(fā)中。