[发明专利]一种基于滤波器组的FPGA多载波通信系统

权利要求书

1.一种基于滤波器组的多载波通信系统，其特征在于，包括ROM模块、正交振幅调制模块、IFFT模块、原型滤波器、加帧头模块和并串转换模块；

ROM模块输出端电连接正交振幅调制模块输入端，正交振幅调制模块输出端电连接IFFT模块输入端，IFFT模块输出端电连接原型滤波器输入端，原型滤波器输出端电连接加帧头模块输入端，加帧头模块输出端电连接并串转换模块输入端；

ROM模块用于获取高速数据流，并输出设定位数的数据data_to_mod发送至正交振幅调制模块；将高速数据流分割成M个并行的子数据流，使每个子数据流具有较低的传输速率；正交振幅调制模块用于实现正交振幅调制，将接收到的数据data_to_mod进行正交振幅调制后输出设定位数的I路数据data_to_ifft_I和设定位数的Q路数据data_to_ifft_Q发送至IFFT模块；

IFFT模块用于将接收到的所述I路数据data_to_ifft_I和所述Q路数据data_to_ifft_Q进行IFFT运算后，输出设定位数的I路转换数据data_to_conv_I和设定位数的Q路转换数据data_to_conv_Q后发送至原型滤波器，实现各个子载波的混频过程；具体实现过程为：将QAM调制后的发射信号x(k)的下标k分解为M的整数倍lM部分和小数部分i，即k＝lM+i，i＝0，1，…，M-1，则得到QAM调制后的发射信号x(k)的化简结果x(lM+i)：

其中，h(lM+i-nK)表示原型滤波器的第n个系数化简结果，a_i(n)表示第m子数据流中第n个采样拍数处需要滤波的符号数据a_m(n)逆快速傅立叶变换结果，即a_i(n)＝IFFT(a_m(n))，通过IFFT实现QAM调制；

原型滤波器用于接收所述I路转换数据data_to_conv_I和所述Q路转换数据data_to_conv_Q后进行原型滤波，输出设定位数的I路滤波数据data_to_tx_form_I和设定位数的Q路滤波数据data_to_tx_form_Q后发送至加帧头模块；在符号速率下实现滤波过程，降低FPGA实现时的滤波速率；

其过程为：

(1)将所述I路转换数据data_to_conv_I和所述Q路转换数据data_to_conv_Q记为需要滤波的数据，原型滤波器存储原型滤波器系数，并对所存储的原型滤波器系数进行划分，得到K组长度为N的原型滤波器系数，N为原型滤波器系数分成K组数据后每组数据的长度；然后从滤波器系数ROM模块中取出第d′组长度为N的滤波器系数，d′＝1，2，…，K；将所述需要滤波的数据分为K组后进行存储，每组数据长度为N；

所述对所存储的原型滤波器系数进行划分，具体为：将原型滤波器的第n个系数h(k-n*K)中的k分解为K的整数倍lK部分和小数部分i，即k＝lM+i，i＝0，1，…，M-1；n∈[-∞，+∞]，从而分解每一个原型滤波器系数；

令μ＝mod K(lM+i)，θ＝divK(lM+i)，则k＝θK+μ，μ＝0，1，…，K-1，则将原型滤波器的第n个系数化简结果h(lM+i-nK)中的lM+i-nK化简为：

lM+i-nK＝θK-nK+μ；

令q＝θ-n，则得到QAM调制后的发射信号x(k)的优化结果x(θK+μ)：

其中，h(qK+μ)表示原型滤波器的第n个系数优化结果，将原型滤波器每一个系数以K为间隔抽取，使得原型滤波器每一个系数相对于第1个系数平移μ，即h(qK+μ)＝h^μ(qK)；

(2)获取第d组长度为N的数据后进行移位处理，将移位处理后的结果记为第d段等待滤波的数据，所述第d段等待滤波的数据等待K组长度为N的滤波器系数卷积；d的初始值为1；

(3)将第d组等待滤波的数据与第d′组长度为N的原型滤波器系数进行相乘，得到第d_d′组并行N路相乘结果，d′＝1，2，…，K；然后将第d_d′组并行N路相乘结果发送至加法器进行相加，并将相加后的结果记为第d_d′组卷积结果；

(4)令d′的值加1，重复执行步骤(3)，直到d′等于K，此时得到第d₁组卷积结果至第d_K组卷积结果，记为第d组卷积结果，将所述第d组卷积结果发送至输出RAM模块中进行存储，输出RAM模块接收输入RAM模块存储的使能信号后控制RAM模块存储第d组卷积结果；将d′的值初始化为1；

(5)得到第d组卷积结果后令d的值加1，控制模块通知输入RAM模块进行取数据操作，并返回步骤(2)；直到得到第1组卷积结果至第K组卷积结果，记为设定位数的I路滤波数据data_to_tx_form_I和设定位数的Q路滤波数据data_to_tx_form_Q；

加帧头模块用于接收所述I路滤波数据data_to_tx_form_I和所述Q路滤波数据data_to_tx_form_Q后在所述I路滤波数据dara_to_tx_form_I和所述Q路滤波数据data_to_tx_form_Q前分别加入帧头，进而设定位数的I路帧数据data_Tx_I和设定位数的Q路帧数据data_Tx_Q后发送至并串转换模块；

并串转换模块用于接收所述I路帧数据data_Tx_I和所述Q路帧数据data_Tx_Q后进行合并，最终输出数据为基于滤波器组的多载波通信数据。

2.如权利要求1所述的一种基于滤波器组的多载波通信系统，其特征在于，所述IFFT模块用于将接收到的所述I路数据data_to_ifft_I和所述Q路数据data_to_ifft_Q进行IFFT运算，并且对所述I路数据data_to_ifft_I和所述Q路数据data_to_ifft_Q分开且同时进行复数数据的IFFT运算处理。