一種基於fpga的超高速apsk調製方法及調製系統的製作方法

2023-10-29 19:39:17 2

一種基於fpga的超高速apsk調製方法及調製系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於FPGA的超高速APSK調製方法及調製系統，在FPGA片內的APSK調製和成形濾波映射RAM中，採用並行數字的單符號映射多脈衝重疊相加的技術，用一步映射方式實現APSK的映射和成形濾波，再通過將載波信號簡化為離散循環序列，並使之與映射後信號加載完成正交載波調製，輸出後即為調製後的APSK信號。本發明方法及系統大大減少了常規APSK調製和成形濾波算法所用的乘法器和ROM的資源佔用率，並且可以靈活設置調製方式。本發明方法及其系統解決了APSK調製難以實現超高速調製、同步難度大、電路複雜及靈活性差等問題，達到了實現電路簡單、資源佔用小、靈活性強的有益效果。
【專利說明】-種基於FPGA的超高速APSK調製方法及調製系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及數位訊號調製【技術領域】，特別涉及一種基於FPGA的超高速APSK調製 方法及調製系統。

【背景技術】
[0002] 隨著國際社會軍事、政治、經濟形勢的發展，對衛星對地觀測載荷的要求越來越 高，具有全天候、全天時、高解析度、寬觀測帶、短重訪時間的特點，因此，星載遙感數據量和 數據帶寬急劇增加，需要有更高速率的大容量數據傳輸系統來完成遙感數據的實時處理和 傳輸。大數據量的數據傳輸帶來了頻帶的大幅增長，因此，對信號調製技術提出了更高的要 求。
[0003] 傳統的星載數傳調製方式採用QPSK調製，模擬射頻調製技術。由於數據通信傳輸 速率的增加，頻帶的大幅增長，受模擬電路不穩定的影響，如EVM和幅相不平衡度等指標的 提高，大大限制了系統高速傳輸的性能。
[0004] 目前主要採用APSK等高階調製的方式，來提高信號的頻帶利用率，最大限度的提 高傳輸數據率，以滿足和適應星地鏈路傳輸數據速率大幅增長和其它高速數據通信技術的 發展的需求。APSK調製是一種非常適合於衛星信道的調製方式，其作為典型的數字通信系 統中的一種數字調製，主要包括星座映射及後處理過程，後處理過程包括多載波調製和成 形濾波等。其中星座映射將"比特"向量或序列映射成適於傳輸的"符號"向量或序列。星 座映射包含兩個要素，即星座圖和星座映射方式。星座圖是星座映射所以可能取值的集合， 其中每個星座點對應一種輸出符號的取值。星座映射方式，簡稱映射方式，表示輸入比特 量到星座點的特定映射關係，通常每個星座點與比特向量一一對應。一個M(M = 2m，其中m 為數據的比特長度）階的APSK星座圖有R個同心環，每個環由均勻的PSK點組成。典型的 32APSK星座圖如圖1所示。
[0005] APSK調製具有較高的功率有效性和頻帶利用率，但其調製過程中存在著調製幅度 級數較多，實現高速調製比較困難的問題。
[0006] APSK調製時為了實現無碼間串擾傳輸和提高頻帶利用率，常採用升餘弦成形濾波 器，它是常用的低通濾波器。通常，把它放置在收發兩端，即將接收濾波器和發送濾波器設 計（匹配）為平方根升餘弦函數（升餘弦函數的平方根）。若不考慮由於信道引起的碼間 串擾，兩個平方根升餘弦函數相乘（相當於時域卷積）就得到升餘弦形式的合成的系統傳 輸函數。所以，在調製端的成形濾波器選用平方根升餘弦濾波器。平方根升餘弦濾波器的 係數可在MATLAB中用函數B = RCOSFIR(R，N_T，rate，T，sqrt)求出，其中R是滾降因子， 滾降因子取值越大，頻譜在截止處越光滑，時域衝擊響應的拖尾起伏越小，但頻帶利用率越 低，一般選擇範圍在〇. 2?0. 6, N_T為抽頭階數，T為符號周期，sqrt代表平方根升餘弦。 平方根升餘弦濾波器的頻率響應如下：
[0007]

【權利要求】
1. 一種基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，包括以下步驟： (1) APSK映射和成形濾波：並行輸入數字基帶信號並進行APSK映射，映射後輸出APSK 映射的符號，再對APSK映射的符號進行成形濾波，輸出APSK映射和成形濾波後的數據信 號； (2) 正交調製：對APSK映射和成形濾波後的數據信號進行正交載波調製後輸出APSK 正交載波調製信號； 其中，所述成形濾波包括： a、 對APSK映射後的每個符號進行單符號映射，將APSK映射後的符號中的每個符號分 別分解映射為K個分解映射符號序列； b、 對APSK映射後的符號分解映射後產生的分解映射符號序列進行疊加處理，依次輸 出成形濾波後的數據信號。
2. 根據權利要求1所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述步驟 (1)具體包括：並行輸入所述數字基帶信號的數據比特流，並將所述數據比特流的每組數 據比特分別映射為APSK星座圖上的一個符號；隨後對映射後的符號採用η倍採樣速率進行 採樣，η為大於2的整數；採樣後輸出APSK映射的I路信號及Q路信號的符號序列。
3. 根據權利要求2所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述成形濾 波具體為：每次輸入N個符號，對該N個符號進行單符號映射及疊加處理，處理後輸出第一 個符號成形濾波後的值，並再輸入第N+1個符號，對更新後的N個符號再次進行單符號映射 及疊加處理，輸出第二個符號成形濾波後的值，以此類推，直至完成所有APSK映射後的符 號的成形濾波。
4. 根據權利要求3所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述單符號 映射具體為：每個符號通過查找單符號映射表分解映射為一組長度為K的分解映射符號序 列。
5. 根據權利要求4所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述單符號 映射的步驟包括：將單符號映射表中的各數據值進行預先計算並存儲在FPGA中；查找所述 單符號映射表得到長度為K的分解映射符號序列； 其中，單符號映射表中的各數據值的計算過程為：將每個符號的K個單個成形濾波抽 頭係數分別與該符號經APSK映射後的幅度級數值進行相乘，相乘後的K個乘積即為查找映 射表中存儲的分解映射值，該K個乘積值作為映射查找表的輸出數據存入FPGA的RAM中， 每個符號對應的數據比特序列即為該符號映射查找表的地址； 其中，單個成形濾波抽頭係數根據成形濾波的濾波函數進行預先計算，APSK映射後符 號的幅度級數值也預先存儲在RAM中。
6. 根據權利要求5所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述疊加處 理進一步包括：所述N個符號分解映射後的分解映射符號序列分別進行相鄰符號的兩兩相 力口，第一次兩兩相加的結果再進行相鄰結果兩兩相加，以此類推，最終算出N個符號分解後 的分解映射符號值的疊加結果； 其中，疊加時依以下規則進行，第一層相鄰符號的分解映射符號序列疊加時，第j+Ι個 符號的分解映射序列相比第j個符號的分解映射序列向後順延η位後再相加，得到K+n個 值，第二層疊加時相鄰兩序列中的後一個序列向後順延2η位再疊加，以此類推，直至Ν個符 號的分解映射序列疊加完成； 疊加結果的第1?K個值即為N個符號中的第1個符號成形濾波後的符號序列值。
7. 根據權利要求2所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，步驟（2)進 一步包括： 採用與採樣頻率一致的頻率產生正弦和餘弦載波信號，並對正弦和餘弦載波信號分別 簡化處理為正弦離散序列和餘弦離散序列；所述I路信號與正弦離散序列相乘得到I路信 號序列，所述Q路信號與餘弦離散序列相乘得到Q路信號序列，所述I路信號序列與Q路信 號序列相加後輸出APSK正交載波調製信號。
8. 根據權利要求7所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，所述簡化處 理具體為：將所述正弦載波信號離散化為以〇、1、〇、-1為周期的離散數字序列，該離散數字 序列周期與所述正弦載波信號相同；將所述餘弦載波信號離散化為以1、〇、_1、〇為周期的 離散數字序列，該離散數字序列周期與所述餘弦載波信號相同。
9. 根據權利要求1或7所述的基於FPGA的超高速APSK調製方法，其特徵在於，對所述 APSK正交載波調製信號進行D/A轉換，得到APSK調製信號。
10. -種基於FPGA的超高速APSK調製系統，其特徵在於，包括一 FPGA調製模塊及數據 輸入模塊，所述數據輸入模塊將數字基帶信號輸入所述FPGA調製模塊，所述FPGA調製模塊 將數字基帶信號進行APSK調製後輸出APSK正交載波調製信號； 所述FPGA調製模塊包括APSK映射和成形濾波映射單元及正交調製單元；所述數字基 帶信號在APSK映射和成形濾波映射單元中進行APSK映射和成形濾波，APSK映射和成形濾 波後輸出的數據信號輸入所述正交調製單元進行正交載波調製。
11. 根據權利要求10所述的基於FPGA的超高速APSK調製系統，其特徵在於，APSK映 射和成形濾波單元包括APSK調製和成形濾波RAM以及流水線相加運算器； APSK調製和成形濾波RAM存儲有APSK星座映射表及單符號映射表，輸入的數字基帶信 號的數據比特在APSK調製和成形濾波RAM中進行APSK映射及單符號映射，APSK映射及單 符號映射後的數據在流水線相加運算器中進行兩兩相加的疊加運算輸出APSK映射和成形 濾波的I路信號和Q路信號。
12. 根據權利要求11所述的基於FPGA的超高速APSK調製系統，其特徵在於，所述正交 調製單元將APSK映射和成形濾波的I路信號與正弦離散序列相乘後得到I路信號序列，將 APSK映射和成形濾波的Q路信號與餘弦離散序列相乘後得到Q路信號序列，並將I路信號 序列與Q路信號序列相加後輸出所述APSK正交載波調製信號。
13. 根據權利要求10所述的基於FPGA的超高速APSK調製系統，其特徵在於，還包括D/ A轉換模塊，所述APSK正交載波調製信號輸入所述D/A轉換模塊進行D/A轉換後輸出APSK 調製信號。
【文檔編號】H04L27/20GK104158781SQ201410431437
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】向前, 李惠媛, 楊津浦 申請人:上海航天電子通訊設備研究所