1引言
在无线通信中，多径传播会引起信号的衰落，这通常被视为有害因素。但是研究结果表明，在MIMO系统中，多径可以作为一个有利因素加以利用[1]。MIMO系统是在发射端和接收端都采用多天线(或阵列天线)和多通道。基于FPGA的嵌入式系统技术的应用，可将系统传输设备单元小型化、轻便化，极大地拓展无线视频传输系统的应用空间[2]。本文中的信号MRC合并算法实现采用FPGA中的IP核主要完成，然后利用编译工具生成.bit文件，下载到FPGA芯片中。
2 基本原理描述
本文用复基带的形式描述单用户MIMO链路，则发送信号和接收信号可以由列向量
和
分别表示[3]。在传输过程中不可避免会产生噪声，噪声向量表示为：
。为加性高斯白噪声向量，其分量
代表第根天线上的噪声，是独立同分布的0均值高斯随机变量，即
．其中表示噪声的平均功率。每个接收天线都会收到每个发送天线发出的信号，我们用复矩阵表示信道的传输矩阵：
某一根接收天线接收到的信号可以表示为：
。于是表示为向量形式：
在本课题中，发射天线为一根天线，接收为四根天线。根据上述理论模型，接收端四路信号采取最大合并比计算方法，通过似然检测恢复发射端信息。检测公式[3] [4]如下所示：
其中
，
，
，
为四路信道的估计复参数，
为估计数据，
表示合并信号。若信号调制采取QPSK调制方式，故上述检测公式可以进一步化简为：
。其中
对应于QPSK调制的四个星座数据[5]。
3 FPGA 实现MIMO信号合并
本文基于FPGA系统，针对MIMO 1*4系统，实现QPSK调制信号的合并与似然检测。系统首先对四路信号进行信道估计处理，弥补信道参数带来的影响，然后将四路信号根据MRC合并比算法进行求和，并进行最大似然检测，最后解调QPSK信号，得到输出数据。系统实现框架如图1所示。其中输入：时钟clk，复位sclr，四路I、Q接收数据，四路信道估计参数的实部和虚部。输出：QPSK解调信号，数据有效标志位。
图1：最大合并比模块实现流程图
4 仿真与测试
模拟仿真输入符号：循环输入QPSK编码符号。在不考虑信道估计参数的前提下，得到仿真结果如图2所示。通过仿真图，我们可以看到QPSK解调信号循环输出与输入信号一致，说明该模块的功能得到验证。
图2：最大合并比模块FPGA仿真图
5 小结
论文基于FPGA的技术，设计实现了MIMO信号合并算法。将实时性要求较高的MRC合并算法模块由片上可编程逻辑资源实现。最后对系统进行了仿真测试，验证了正确性。
[参考文献]
[1]谭凯,彭端．基于FPGA的自适应MIMO-OFDM无线基带传输系统的研究[J]．电子技术应用.2017(10):44-46+51.
[2]魏良财,彭端.基于前导的OFDM系统信道估计及FPGA实现[J].电子技术应用. 2018(02): 20-22+26
[3]黄浪珍. MIMO-OFDM系统中基于导频的信道估计算法研究[D]．吉林大学, 2007.4.
[4]阙志达编著．MIMO-OFDM无线通信基带接收机设计 [M]．北京：机械工业出版社，2014.
[5]周冬．MIMO-OFDM系统信道估计算法的研究[D]．西安电子科技大学，2010.1
作者简介
张君（1986—），男，山东省，汉族，硕士研究生学历，重庆机电职业技术大学，讲师，研究方向通信与信息系统；张昊（1974—），男，重庆市，汉族，硕士研究生学历，重庆机电职业技术大学，副教授，研究方向信号处理；张旭东（1966—），男，重庆市，汉族，硕士研究生学历，重庆机电职业技术大学，教授，研究方向物联网及信号处理；邓永生（1978—），男，重庆市，汉族，硕士研究生学历，重庆机电职业技术大学，副教授，研究方向计算应用技术。