基于模糊控制的迟早门同步器及其FPGA实现

３ 模糊控制迟早门的ＦＰＧＡ实现

在实际运用中，需要对接收到的１Ｍｂｐｓ高斯最小频移键控（Ｇａｕｓｓ－ＭＳＫ）信号进行符号同步，这就要求模糊控制单元的推理速度至少为１Ｍ ＦＬＩＰＳ?Ｆｕｚｚｙ Ｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｆｅｒｅｎｃｅｓ ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ?。显然，对这样的推理速度指标，用软件在一般的通用处理器上是很难实现的。因此，模糊控制迟早门必须使用硬件来实现。ＦＰＧＡ是一种廉价的半定制大规模集成电路，它的开发工具可以在ＰＣ机上运行。ＦＰＧＡ具有密度高、结构灵活、设计时间短和可编程等优点，非常适合用于模糊迟早门的硬件验证。

一个典型的模糊控制器通常由包含控制规则的知识库、模糊推理单元以及与外部接口的模糊化单元、清晰化单元组成。自１９８５年以来人们在模糊控制器的硬件实现方面已经做了很多工作，用数字电路实现模糊控制器已经有非常成熟的设计方案。这些方案将模糊控制器的四个基本单元用数字电路一一实现，模糊推理速度也可以达到１Ｍ ＦＬＩＰＳ以上。但是在模糊控制迟早门中，模糊控制器只是其中的一部分，迟早门也只是整个接收机中的一个单元。如果采用通用的设计方案，最后实现的模糊控制迟早门占用ＦＰＧＡ的逻辑单元必然很多，致使整个接收机占用的芯片面积很大，而且模糊控制器在迟早门中的功能比较单一，无法实现复用。因此，模糊控制迟早门中的模糊控制器不适于用通常的设计方案。为了减小占用的芯片面积，模糊控制器采用了如下的设计思路：首先，确定输入输出精确量的比特数；然后离线计算模糊控制表，即获得一张输入输出精确量之间的真值表；最后，将这张真值表化简为逻辑方程。这样，模糊控制器就可以用简单的组合逻辑来实现。获得逻辑方程后，可以用硬件描述语言编写程序，然后在ＦＰＧＡ开发系统中对编好的程序和描述迟早门其它部分的程序进行编译。如果编译成功，ＦＰＧＡ开发系统会生成一个ＦＰＧＡ芯片的配置文件，将这个配置文件通过配置电缆下载到芯片里，就能最终得到一个实现模糊控制迟早门的芯片。

基于模糊控制的迟早门已经在Ａｌｔｅｒａ公司的ＥＰ２０ＫＥ２００ＥＦＣ４８４－２Ｘ芯片上得到了成功验证，并运用到Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ基带处理器中。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ每个基带数据帧头部只有４个供同步用的比特，也就是说，基于模糊控制的迟早门可以在４个比特的时间内实现同步，无需增加额外的同步比特。

基于模糊控制的迟早门由于在控制回路中引入了模糊逻辑，从而在迟早门的同步速度和相位抖动之间取得了很好的折衷，其性能要明显优于传统的迟早门。在模糊控制迟早门的ＦＰＧＡ实现中采用了离线计算和将控制表转化成逻辑方程的方案，在不影响模糊控制功能的情况下尽可能地降低了由于引入模糊控制而导致的硬件逻辑资源的增加。