基于FPGA的無線信道模擬器設計
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2 信道模擬器的FPGA設計
FPGA采用Xilinx公司的Virtex-2p，其中芯片工作時鐘為100MHz。本文設置N0=8，fm=200 Hz，
為了計算方便，將所得的值擴大32倍，也就是左移5位之后四舍五入成整數(shù)值，存入寄存器調用。所以信道模擬器的實現(xiàn)過程主要為各個正弦波的FPGA實現(xiàn)，與對應的系數(shù)相乘疊加成單徑衰落，輸入信號經(jīng)過l個路徑時延之后疊加成為輸出信號。
2．1 正弦波的FPGA實現(xiàn)
FPGA產(chǎn)生正弦波一般可以采用直接產(chǎn)生和Xilinx或者Altera利用自帶DDS的IP核例化實現(xiàn)。FPGA直接產(chǎn)生是將三角函數(shù)值存入ROM中循環(huán)調用來產(chǎn)生正弦波，這樣占用的邏輯資源比較少，缺點就是過程很麻煩而且不夠靈活，模型需要8種頻率的正弦波和余弦波，而且fm也可能根據(jù)需要而變化，每一次變化就需要在ROM中重新賦初值，十分麻煩。因此本文選擇調用Xilinx自帶DDS的IP核，通過邏輯資源換取效率。DDS的模塊圖如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/190237.htm
這樣，通過控制DATA的值得到所需頻率的正弦波。
，其中fclk為開發(fā)工作時鐘，DATA為輸入的頻率控制字，B為DATA的位寬，fout為所得的頻率。
2．2 時延模塊的FPGA實現(xiàn)
輸入通過時延后與各路徑的衰落系數(shù)相乘，然后各個路徑疊加成輸出信號。本文中時延采用計數(shù)分頻來實現(xiàn)，如延遲1μs，工作時鐘為100MHz，所以計算100個時鐘周期后，將輸入的值存入寄存器1，再計算100個時鐘周期后將輸入值存入寄存器2，依次類推，本為路徑l設置為5，所以最終有5個寄存器存放輸入值。
2．3 測試模塊的FPGA實現(xiàn)
最后需要將算得的數(shù)據(jù)上傳到Matlab進行統(tǒng)計分析，所以還需要FPGA串口驅動，以及Matlab打開驅動讀取FPGA算完的數(shù)據(jù)。根據(jù)異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式，每一幀數(shù)據(jù)由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位組成，本文只選取了數(shù)據(jù)位，一共8位。通過串／并轉換接收數(shù)據(jù)，算完后存入RAM，然后調用數(shù)據(jù)，通過并／串轉換傳輸數(shù)據(jù)。
正弦波的輸出有10位，其中l(wèi)位是符號位，另外9位是小數(shù)位，而系數(shù)左移5位后化成整數(shù)，在所得的整數(shù)中也有5位小數(shù)位，所以最終數(shù)據(jù)一共有19位，其中5位整數(shù)位，14位小數(shù)位。因為串口是8位一幀數(shù)據(jù)，為了運算簡便，選取了5位整數(shù)位，11位小數(shù)位，舍去最后3位小數(shù)，每個數(shù)分兩次傳輸。因為最后的數(shù)據(jù)分為實部和虛部，所以每個復數(shù)需要4幀數(shù)據(jù)傳輸。Matlab接收數(shù)據(jù)重新組合，還原成FPGA的計算結果。
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