基于System Generator的MCMA算法盲均衡器的FPGA实现

第１８期　２０１６年６月　江苏科技信息　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｎｏ．１８　Ｊｕｎｅ，２０１６　基于Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ的　ＭＣＭＡ算法盲均衡器的ＦＰＧＡ实现　钱小云，白勇博，田兆平，孙文杰　（中国卫星海上测控部，江苏江阴２１４４３１）　摘要：文章从分析ＭＣＭＡ算法的原理出发，研究了其在信道均衡技术上的应用，重点阐述了通过Ｍａｔ—　ｌａｂ仿真和Ｘｉｌｉｎｘ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｆｏｒ　ＤＳＰ开发软件在ＦＰＧＡ上实现基于ＭＣＭＡ算法的盲均衡器的　方法。从硬件协同仿真结果可以看出，实现的盲信道均衡器能够达到消除码间干扰的效果。　关键词：Ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ＣＭＡ；信道均衡器；ＦＰＧＡ　０引言　在高速数字通信系统中，信道多径衰落效应会造　成传输数据之间的符号间干扰（ＩＳＩ），从而严重影响　通信质量。传统的自适应均衡器需要借助于训练序列　来实现均衡器系数的调整。盲均衡技术能够不借助于　训练序列，仅利用接收序列本身的先验信息就能补偿　信道畸变所造成的影响。常模算法（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＣＭＡ）是盲均衡算法中常用的一种，其具有　计算复杂度低、易于实时实现等特点。常模算法利用　信号模值的统计特性进行均衡，能够实现均衡的效　果，但是存在剩余误差大和相位模糊的问题。改进的　常模算法（Ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，　ＭＣＭＡ）能够很好地克服普通ＣＭＡ算法的缺点。　随着现场可编程逻辑门阵列（ＦＰＧＡ）技术的发　展，在信号处理领域ＦＰＧＡ得到越来越多的应用。本　文在分析均衡技术中的改进常模算法的基础上，详细　介绍了利用Ｘｉｌｉｎｘ公司的Ｓｙｓｔｅｍ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｆｏｒ　ＤＳＰ　开发软件　１＿在ＦＰＧＡ上实现信道均衡器的设计过程，　并给出了对均衡器进行仿真测试验证的结果。　１　信道均衡器原理　１．１信道均衡器　其　＝黜ｗ（ｋ＋１）＝　（后）　　）＝　（后）　（后）　（　）　按照最速下降法，得到常模算法的系数迭代公式：　ｅ（　）＝，，（　）（１ｙ（ｋ）ｌ　一Ｒ　）　（２）　式中，“　表示取共轭，　为迭代步长因子，通常　取足够小的正常数。　根据上面的推导公式可知，在理想的均衡条件　下，ｅ（ｋ）＝ｌｙ（ｋ）Ｉ。—Ｒ：＝０，即　（　）＋ｙｆ２（　）＝Ｒ　，这就意　味着ＣＭＡ算法通过调整均衡器抽头系数使得均衡器　的输出不断地逼近以、／尺　为半径的圆上。由于其代　价函数是基于均衡器输出信号的模值，与相位误差没　有关系，所以当没有相位偏移时，均衡器的输出能够　无偏转的恢复出原始的星座图，当存在相位偏移时，　均衡器的输出就会发生一定的相移。　１．３改进的ＣＭＡ算法　为了能在均衡的过程中既利用信号的幅值信息，　又利用信号的相位信息，出现了改进的常模算法，即　Ｍｏｄｉｉｆｅｄ　ＣＭＡ（ＭｃＭＡ）算法　，该算法通过对信号的　实部和虚部分别进行均衡，来达到在均衡的同时克服　相位旋转的问题。ＭＣＭＡ算法的代价函数为　Ｊ（ｋ）＝ＪＡｋ）＋　（ｋ）　信道均衡器的原理如图１所示，理想的均衡器应　该能实现Ｆ（ｚ）＝ｌ／Ｃ（ｚ），故均衡器又称为逆信道滤　波器。　：Ｅ［（Ｊｙａｋ）Ｉ　－Ｒ　）　］　［（Ｊ”（ｋ）Ｊ　－Ｒ　，，）２］（３）　其中Ｒ２，Ｒ　同样的按照最速下降法，得到改进的常模算法的　系数迭代公式为：　高斯白噪声　。望笙鲨　，ｗ（ｋ＋１）＝　（　）　．，（　）＝　（　）－＃ｅ（ｋ）　（　（４）　其中ｅ（ｋ）－＇ｅ　（　）十ｌ，　（　），ｅＲ（后）＝ｙＡｋ）（ｆ　（　）ｆ　一　Ｒ２Ｒ），ｅ，（　）＝竹（　）（１’，，（　）ｌ　２＿Ｒ２，１）Ｓ　图１信道均衡器原理　１．２基本的ＣＭＡ算法　同理，在理想均衡条件下ｅ（Ｊｊ｝）＝０，则有ｅ　）＝０，　常模算法（ＣＭＡ）是Ｇｏｄａｒｄ算法　的特殊形式，　常应用于ＱＡＭ系统的盲均衡中。ＣＭＡ算法的代价　函数是　ｊ（ｋ）：Ｅ［（ｙ（ｋ）　一Ｒ　）　］　（１）　即ｙｎ（ｋ）＝±、／　．　，　）＝±、／尺：．，，这就意味着ＭＣＭＡ　算法通过调整均衡器抽头系数使得输出信号的实部不　断地逼近±、／尺　．　，虚部的输出不断地逼近￣Ｘ／￣２，ｌ。　在均衡过程中，ＭＣＭＡ算法兼顾了模值和相位的信　作者简介：钱小云（１９８２一），男，江苏启东，工程师，本科；研究方向：网络通信、卫星通信。　５４——