數字WCDMA系統數字頻域干擾抵消器方案設計，硬件架構

作者：時間：2017-06-04 來源：網絡

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項目背景及可行性分析

本文引用地址：http://www.j9360.com/article/201706/348725.htm

1．項目名稱、項目的主要內容及目前的進展情況

項目名稱：數字WCDMA系統數字頻域干擾抵消器；

項目的主要內容：用FPGA設計完成一個適用于WCDMA系統的干擾抵消器。

目前的進展情況：有完備的算法資源和測試數據，已經開始相關模塊的實現。

2．項目關鍵技術及創新點的論述

創新點（1）：使用頻域干擾抵消極大地降低了算法復雜度

該方法利用頻域快速傅立葉變換的思路，將時域的自適應濾波過程轉換到頻域中來實現，從而自適應抵消輸入信號中的干擾。本發明不僅有效地提取出有用信號，保證了算法的收斂性，并且與時域的干擾抵消方法相比較，大大降低了算法復雜度。

下面對頻域干擾抵消方法和傳統的時域干擾抵消方法的算法復雜度進行比較。采用硬件實現時，計算復雜度往往決定于乘法運算的次數，因此可以比較上述兩種方法的乘法個數。對于有M個濾波器抽頭的時域干擾抵消方法，由于每個數據塊有M個數據，則總共需要2M2次乘法運算；而對于有M個濾波器抽頭的頻域干擾抵消方法，總的乘法次數為。那么頻域干擾抵消方法和時域干擾抵消方法的算法復雜度比值約為。因此，在濾波器抽頭系數很大時，頻域干擾抵消方法的計算復雜度要遠遠低于時域干擾抵消方法。

創新點（2）：使用自適應濾波器來抵消多徑信號的干擾，性能優良。

關于變換域和時域算法的理論比較可以參閱相關文獻，下面以一個仿真試驗來說明頻域干擾抵消算法的性能。將采用本發明方法在頻域實現干擾抵消的系統與沒有干擾抵消的系統性能進行比較。假設一個5MHz帶寬的單載波WCDMA系統中，兩個天線間信號傳播時延為6微秒，且假設該兩個天線之間的信道為兩徑衰落信道，迭代步長。但載波信號采樣率為2，自適應濾波器抽頭長度為64，FFT長度為128。功率放大器PA（power amplifier）為維納模型，信干比定義為接收天線端碼片信號功率與干擾功率的比值。以功率譜密度PSD（power spectral density）的阻帶下降dB值和星座圖的誤差向量幅度EVM（error vector magnitude）作為性能指標進行對比。圖1中的粗虛線表示信源的功率譜密度，細虛線表示有干擾信號直接經過PA的功率譜密度，實線表示有干擾信號經過本發明AIC和PA處理后的功率譜密度，點劃線表示沒有干擾的信號經過PA的功率譜密度。

圖1 頻域干擾抵消算法的性能示意圖

關鍵技術（1）：快速傅立葉變換的實現；

關鍵技術（2）：頻域干擾抵消算法的實現。

3．技術成熟性和可靠性論述

我們已通過MATLAB仿真實驗證明，該方法不僅有效地提取出有用信號，并且大大降低了計算的工作量和復雜度。

VirtexII系列的FPGA有大量的存儲單元和乘法器，便于實現數字信號處理功能，可以有效地實現頻域干擾抵消自適應濾波器。團隊成員均有比較扎實的FPGA基礎和設計功底，和信號處理方面的專業知識，完全有能力保證該項目的順利實施，最終完成項目。

項目實施方案

1．方案基本功能框圖及描述

該方法基于時域中的數據塊最小均方誤差（Block LMS，block least mean square）計算方法和該塊LMS算法中存在線性相關和線性卷積的過程，通過1/2重疊保留法的快速傅立葉變換FFT（fast fourier transforms）在頻域以直接相乘的計算方式實現快速相關和快速卷積，利用自適應濾波器在頻域實現LMS算法；包括以下循環執行的操作步驟：

（1）對自適應濾波器的頻域抽頭系數作初始化設置，并對該濾波器的時域輸入信號做N點離散快速傅立葉變換FFT處理，使其轉換為頻域信號，用作自適應濾波器的輸入信號；其中N是該濾波器的抽頭個數M的2倍；

（2）將輸入的頻域信號通過自適應濾波器進行自適應濾波處理，并對該濾波器的輸出信號進行快速傅立葉逆變換IFFT（inverse fast fourier transforms）處理，使其轉換為時域信號，作為干擾的估計值；

（3）計算被干擾信號和濾波器輸出的時域信號之間的差值，作為有用信號；再產生有用信號的頻域值；

（4）利用頻域信號進行最小均方誤差LMS計算，即根據有用信號和濾波器輸入信號的頻域值對濾波器抽頭系數進行更新，以便在返回執行上述步驟（2）時，使用該更新后的抽頭系數對來自步驟（1）新的頻域輸入信號周而復始地繼續執行相關的自適應濾波處理。