連續(xù)相位調(diào)制系統(tǒng)核心算法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)人機(jī)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o(wú)人機(jī)與地面控制終端進(jìn)行信息傳輸和交換的綜合通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的性能直接影響到無(wú)人機(jī)的整體性能。連續(xù)相位調(diào)制是一類恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有較高的頻譜利用率和功率利用率。本文以無(wú)人機(jī)通信數(shù)據(jù)鏈為應(yīng)用背景，提出將CPM調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，研究了串行級(jí)聯(lián)連續(xù)相位調(diào)制通信系統(tǒng)中頻偏估計(jì)、解調(diào)和解碼等核心算法及其高效的VLSI實(shí)現(xiàn)技術(shù)，為推動(dòng)CPM技術(shù)的應(yīng)用、設(shè)計(jì)無(wú)

2、人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)提供一定的指導(dǎo)。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、盘岢隽嘶贚DPC碼的TCM-CPM串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。TCM技術(shù)能在不擴(kuò)展帶寬的前提下提高頻譜利用率，本文提出將TCM技術(shù)與CPM調(diào)制相結(jié)合應(yīng)用于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，并采用LDPC碼作為外碼以提高系統(tǒng)的可靠性，構(gòu)成TCM-CPM-LDPC串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，達(dá)到效率和可靠性的較好結(jié)合。在接收端，TCM-CPM的解調(diào)之后的軟信息直接送入LDPC譯碼器進(jìn)行信道解碼，軟信息不需要在解

3、調(diào)和譯碼兩個(gè)模塊之間迭代傳遞，省略了交織和解交織操作，降低了接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和處理延時(shí)。仿真和實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明，基于LDPC碼的TCM-CPM串行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)具有較高的編碼增益，并且能夠容忍較大范圍的頻率偏移。
　?、漆槍?duì)無(wú)人機(jī)在高速移動(dòng)環(huán)境下引起的多普勒偏移，本文采用了基于數(shù)據(jù)輔助的方法，通過(guò)特殊的導(dǎo)頻序列將TCM-CPM信號(hào)轉(zhuǎn)化為單頻復(fù)正弦信號(hào)再進(jìn)行頻偏估計(jì)；提出了一種簡(jiǎn)化的基于Fourier插值的頻率估計(jì)算法，簡(jiǎn)化的頻率估計(jì)算法

4、主要操作包括FFT計(jì)算、最大值搜索和兩點(diǎn)DFT計(jì)算等步驟，算法性能接近理論估計(jì)的下界；在對(duì)頻率估計(jì)的VLSI實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，本文從FFT處理器實(shí)現(xiàn)入手，提出采用CORDIC操作計(jì)算FFT中的復(fù)數(shù)乘法，避免了復(fù)數(shù)乘法操作，對(duì)內(nèi)部計(jì)算計(jì)數(shù)器進(jìn)行變換得到CORDIC單元的輸入旋轉(zhuǎn)角度，不需要使用ROM資源，采用該方法和Radix-4結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低開(kāi)銷可配置FFT處理器；通過(guò)對(duì)基本CORDIC單元進(jìn)行擴(kuò)展，提出了采用多模CORDIC操作有效支持頻率估

5、計(jì)算法各步驟中的復(fù)數(shù)乘法、復(fù)數(shù)求絕對(duì)值以及實(shí)數(shù)除法等操作，基于FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算高效的頻率估計(jì)器。
　?、轻槍?duì)Log-MAP算法中的max操作提出了一種改進(jìn)實(shí)現(xiàn)方法，提出了采用最大值操作和分段線性函數(shù)對(duì)max?操作進(jìn)行近似，分段線性函數(shù)中采用了特定的系數(shù)和常數(shù)，可以通過(guò)移位和加法操作有效實(shí)現(xiàn)max?操作，仿真結(jié)果表明，采用改進(jìn)max?操作的算法與原始Log-MAP算法性能相差不到0.05dB；本文針對(duì)CPM非相干解調(diào)，提出了一

6、種改進(jìn)的分支度量計(jì)算方式，基于Log-MAP算法框架提出了軟判決非相干解調(diào)算法，該算法能夠容忍較大的頻率偏移和相位噪聲，適合于載波恢復(fù)困難的情形；為了降低存儲(chǔ)開(kāi)銷和解調(diào)延時(shí)，采用了Tubo譯碼中的滑窗技術(shù)，基于滑窗技術(shù)和改進(jìn)的max?操作設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了TCM-CPM非相干解調(diào)器。
　?、柔槍?duì)基于準(zhǔn)循環(huán)雙對(duì)角校驗(yàn)矩陣的LDPC碼，對(duì)比研究了矩陣分解編碼算法和分項(xiàng)累加遞歸編碼算法，證明了兩類算法從實(shí)現(xiàn)角度是等價(jià)的?；诜猪?xiàng)累加編碼算法，提

7、出了一種適合準(zhǔn)循環(huán)雙對(duì)角LDPC碼的部分并行編碼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)中的低開(kāi)銷高吞吐率LDPC編碼器；深入研究了LDPC譯碼的BP算法、最小和算法及修正的最小和算法，分析了泛洪和層次化調(diào)度兩種不同的消息傳遞機(jī)制，提出了基于分層最小和算法的QC-LDPC碼譯碼器的通用實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，分別采用并行度為73和并行度為27的部分并行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了CCSDS標(biāo)準(zhǔn)所建議的(8176,7154) QC-LDPC譯碼器以及IEEE802