基于FPGA的SOQPSK调制解调技术的设计与实现

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:changkaiaini
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随着无线通信的普及,目前可供使用的频带资源日益紧张,频带利用率和功率利用率已成为无线通信系统中非常重要的指标,使用具有高频带利用率和高功率利用率的调制技术可提升无线通信系统的整体性能,其中整形偏移四相相移键控SOQPSK(Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying)凭借高频带利用率和高功率利用率成为当今无线通信领域的研究热点。但在目前的研究中也存在三个重要问题。第一是调制过程中相位整形波形的形成依据。绝大部分研究都集中在现有相位整形波形的频谱分析比较上,对于相位整形波形的设计原理并未进行分析研究。本文提出了从旁瓣抑制的角度出发对相位整形波形进行设计的方案,通过信号的正交分解,借助傅里叶变化,根据频谱拖尾正负抵消效果进行分析验证,从频域到时域逆向推导相位整形波形函数,从而更加深入地理解相位整形对于旁瓣抑制能力的提升作用,进而提升相位整形的效果。第二是SOQPSK接收机的自检功能。本文重点研究的MIL-STD(Military Standard)SOQPSK最佳接收机利用调制时IQ两路码元之间的关系,在解调过程中通过支路度量的方式提升解调效率,在良好的通信条件下,解调效果有所提升。但在恶劣的通信条件下,支路度量的方式反而掩盖了解调时IQ两路码元的实际检测结果,而IQ两路码元的实际检测结果可实现一定程度上的码元检错;MIL-STD SOQPSK的简化接收机在解调时没有过度捆绑IQ两路码元,IQ两路独立解调,由于本地对比波形进行了重组,虽然简化了接收结构,但切断了IQ两路的互相关性,无法通过IQ两路解调信息的相互比对完成检错。本文提出了一种新型接收机,可实现解调结果自检,其核心思想为:充分但不过度使用码元之间的记忆性。第三是SOQPSK解调过程中软判决算法的逆序计算问题。本文重点研究的MIL-STD SOQPSK解调采用最大后验概率MAP(Maximum a posteriori)的简化算法Max-Log MAP算法。算法中存在后向路径度量处理,其计算方式是从数据帧的帧尾到帧头,在现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)的实现过程中,逆序计算问题严重影响最终的解调结果即软信息获取。而目前对于该问题的解决方案通常为通过数据缓存和外置硬件资源进行数据处理两种方案,过程较为繁琐。基于此背景,本文提出了功能模块统一管理方案,即增加一个控制模块(在本文称为数据调整模块)类似于功能模块控制中心,对解调过程中的各个功能模块进行控制,根据解调过程中各个模块的实现原理、实现方式、端口的数据速率以及各模块间的数据关系,合理地建立起模块之间的协作关系,通过一系列的控制,完成模块间的相互配合,为软信息的计算提供时序正确的数据源,保证软信息的正常提取。通过解调过程中各个功能模块相互配合,解决了后向路径度量的逆序计算问题对最终的软信息提取造成的影响。本文提出的解决方案无需外置硬件资源,同时更便于整个解调系统的数据处理和控制管理。本文首先介绍了SOQPSK调制技术的研究背景,对当前无线通信系统中所存在的频带资源紧张问题进行简要说明,并针对该问题讨论了目前可行的解决方案,基于对高频带利用率和高功率利用的通信要求,引出了SOQPSK调制技术,分析了SOQPSK调制技术在国内外的研究现状。接着进行SOQPSK调制技术分析,重点对SOQPSK调制技术原理进行研究,从旁瓣抑制的角度对相位整形函数进行设计并通过仿真进行验证。阐述了SOQPSK信号的常规调制方式,并针对MIL-STD SOQPSK分析其编码调制原理及实现方式。然后对MIL-STD SOQPSK的解调进行研究,主要分析了MIL-STD SOQPSK解调过程中的相似度检测和判决算法,研究了MIL-STD SOQPSK的最佳接收机和简化接收机,并提出了具有检错功能的新型接收机。最后进行MIL-STD SOQPSK的网格编码调制和简化解调的FPGA实现,并通过Modelsim对FPGA中的各个模块进行仿真,验证了本文提出的数据调整模块对整个解调过程的控制效果,确保了MIL-STD SOQPSK调制解调功能在FPGA中的实现。
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