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

1、無人機在軍事領域和民用領域發(fā)揮著越來越重要的作用。無人機數(shù)據(jù)鏈是無人機與地面控制終端進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人機的整體性能。連續(xù)相位調(diào)制是一類恒包絡數(shù)字調(diào)制技術，具有較高的頻譜利用率和功率利用率。本文以無人機通信數(shù)據(jù)鏈為應用背景，提出將CPM調(diào)制技術應用于無人機數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)，研究了串行級聯(lián)連續(xù)相位調(diào)制通信系統(tǒng)中頻偏估計、解調(diào)和解碼等核心算法及其高效的VLSI實現(xiàn)技術，為推動CPM技術的應用、設計無

2、人機數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)提供一定的指導。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、盘岢隽嘶贚DPC碼的TCM-CPM串行級聯(lián)系統(tǒng)。TCM技術能在不擴展帶寬的前提下提高頻譜利用率，本文提出將TCM技術與CPM調(diào)制相結(jié)合應用于無人機數(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，構成TCM-CPM-LDPC串行級聯(lián)系統(tǒng)，達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譯碼器進行信道解碼，軟信息不需要在解

3、調(diào)和譯碼兩個模塊之間迭代傳遞，省略了交織和解交織操作，降低了接收機硬件實現(xiàn)復雜度和處理延時。仿真和實現(xiàn)結(jié)果表明，基于LDPC碼的TCM-CPM串行級聯(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o人機在高速移動環(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，通過特殊的導頻序列將TCM-CPM信號轉(zhuǎn)化為單頻復正弦信號再進行頻偏估計；提出了一種簡化的基于Fourier插值的頻率估計算法，簡化的頻率估計算法

4、主要操作包括FFT計算、最大值搜索和兩點DFT計算等步驟，算法性能接近理論估計的下界；在對頻率估計的VLSI實現(xiàn)過程中，本文從FFT處理器實現(xiàn)入手，提出采用CORDIC操作計算FFT中的復數(shù)乘法，避免了復數(shù)乘法操作，對內(nèi)部計算計數(shù)器進行變換得到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)構實現(xiàn)了低開銷可配置FFT處理器；通過對基本CORDIC單元進行擴展，提出了采用多模CORDIC操作有效支持頻率估

5、計算法各步驟中的復數(shù)乘法、復數(shù)求絕對值以及實數(shù)除法等操作，基于FPGA設計實現(xiàn)了計算高效的頻率估計器。
　?、轻槍og-MAP算法中的max操作提出了一種改進實現(xiàn)方法，提出了采用最大值操作和分段線性函數(shù)對max?操作進行近似，分段線性函數(shù)中采用了特定的系數(shù)和常數(shù)，可以通過移位和加法操作有效實現(xiàn)max?操作，仿真結(jié)果表明，采用改進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CPM非相干解調(diào)，提出了一

6、種改進的分支度量計算方式，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，適合于載波恢復困難的情形；為了降低存儲開銷和解調(diào)延時，采用了Tubo譯碼中的滑窗技術，基于滑窗技術和改進的max?操作設計實現(xiàn)了TCM-CPM非相干解調(diào)器。
　?、柔槍跍恃h(huán)雙對角校驗矩陣的LDPC碼，對比研究了矩陣分解編碼算法和分項累加遞歸編碼算法，證明了兩類算法從實現(xiàn)角度是等價的?；诜猪椑奂泳幋a算法，提

7、出了一種適合準循環(huán)雙對角LDPC碼的部分并行編碼結(jié)構，設計實現(xiàn)了IEEE802.11n標準中的低開銷高吞吐率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制，提出了基于分層最小和算法的QC-LDPC碼譯碼器的通用實現(xiàn)結(jié)構，分別采用并行度為73和并行度為27的部分并行結(jié)構設計實現(xiàn)了CCSDS標準所建議的(8176,7154) QC-LDPC譯碼器以及IEEE802