CN103501218A - 一种基于资源复用的多载波自适应解调方法 - Google Patents

Abstract

一种基于资源复用的多载波自适应解调方法，包括的主要步骤为：输入多路串行数据缓存、各载波中间变量缓存、前导头捕获、位定时偏差估计、三角函数内插、坐标转换、输入幅度和相位数据缓存、各载波中间变量缓存、初始频偏及相偏估计、RM译码及载波跟踪算法处理。本发明实现了对变速率、多调制方式的突发多载波信号进行自适应解调的通用设计。解决了卫星在Ku/Ka频段进行多载波无线传输时的严重雨衰问题、多类型通信终端不同的数据传输需求问题及通信卫星***多载波抗干扰通信的需求问题。

Description

一种基于资源复用的多载波自适应解调方法

技术领域

本发明涉及一种基于资源复用的多载波自适应解调方法。

背景技术

卫星通信具有覆盖地域广、通信距离远、通信容量大、传输质量好等特点，己成为通信的一种重要的通信手段。由于卫星通信业务日趋繁忙，通信容量迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，为了解决频谱资源紧张的问题，卫星通信向着有广阔前景的Ka(20/30GHz)及以上的高频段发展。结合通信类型的多样化要求，使得卫星通信***在Ka及以上的频段的应用有以下几个问题需要解决：1）卫星在Ku/Ka频段进行多载波无线传输时的严重雨衰问题；2）通信卫星***如何满足多类型通信终端不同的数据传输需求问题；3）通信卫星***如何满足多载波抗干扰通信的需求问题。而解决这一切的基础是卫星的高效多载波自适应解调能力。

多载波自适应解调既要求各路载波能够独立自适应解调，又要求各载波能够资源复用，资源的消耗不能比单载波大很多，因此，多载波自适应解调性能的优劣直接影响***的整体性能。

现有的多载波解调算法都相对单一。例如文献1《多载波突发信号整体解调技术研究》（李辉，西安电子科技大学硕士学位论文，2011年）给出了多载波突发信号的全数字接收技术，包含位同步及载波同步；文献2《Multi-CarrierMulti-Rate Modem for Universal FDMA/TDMA system》（Fumihiro Yamashita,24th AIAA international Communications Satellite Systems Conference,2006-5316）给出了基于资源复用的QPSK多载波突发解调器的设计。文献1中，其给出的多载波突发算法是单独实现的，并没有给出具体的复用方式；文献2中，给出了的多载波突发解调算法仅能适用于QPSK，解调模式单一。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于资源复用的多载波自适应解调方法，以非常小的资源消耗解决了卫星在Ku/Ka频段进行多载波自适应通信时的星载实现问题。

本发明的技术方案是：一种基于资源复用的多载波自适应解调方法，步骤如下：

1）将数字分路之后的多路串行输入数据的实部和虚部缓存入RAM1中，每存入一个数据，输入数据的地址Addr_in加1，并且将各载波初始参数依次写入FIFO1中；所述的初始参数包括开始处理的输入数据地址Addr_best、输出块的个数Part_num、各载波的编号Channel_index、捕获标志Flag、用于同前导头相关的128位序列Demola；

2）从FIFO1中读出第1路载波的载波参数，判断Flag的值，若Flag的值不为1，表明没有成功捕获，则进入步骤3）；若Flag的值为1，表示已经成功捕获，则进入步骤5）；

3）以Addr_best为起始地址，A为载波个数，从RAM1中读取数据，做差分运算后进行硬判决，将硬判决结果存入Demola，同前导头做相关，若Addr_in减去Addr_best小于载波个数A的2倍，则Flag置为1，Addr_best置为成功捕获时的输入序列的起始地址，并进入步骤4）；若Addr_in减去Addr_best大于等于载波个数A的2倍，将此时的参数存入FIFO1，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；

4）若Addr_in减去Addr_best大于M，进入步骤5）；若Addr_in减去Addr_best小于等于M，将此时的载波参数存入FIFO1，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；所述的

其中N为三角函数内插后的输出符号个数；

5）以Addr_best为起始地址，A为间隔，从RAM1中读取4N个采样点，获取位定时偏差值；

6）以Addr_best-1为起始地址，A为间隔，从RAM1中读取4N个采样点，根据步骤5）获得的位定时偏差值，对4N个采样点做三角函数内插后，输出N个符号，同时将此时的载波参数存入FIFO1中，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；

7）将步骤6）中输出的N个符号的实部与虚部数据转换为幅度和相位数据；

8）将步骤7）中得到的幅度和相位数据按载波号存入RAM2中，第n路每存入一个数据，n=1,2,3...A，该路输入数据地址Addr_in_mid_n加1，并且将各路的初始参数，依次写入FIFO2中；所述的初始参数包括载波编号Channel_index、载波帧头指示信号initial_flag(Channel_index)、载波输入数据地址Addr_in_mid_n、初始频偏及相偏估计标志信号Flag_est、开始处理的输入数据地址Addr_track、输出块的个数Part_num、估计出的初始频偏Fre_move、估计出的初始相偏Phase_offset、编码调制类型Rm_reg；

9）读出第一路载波参数，判断Flag_est的值，若Flag_est的值不为1，则进入步骤10）；若Flag_est的值为1，则进入步骤13）；

10）判断initial_flag(Channel_index)的值，若initial_flag(Channel_index)的值为1，则进入步骤11），若initial_flag(Channel_index)的值不为1，则将当前的载波参数存入FIFO中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数；

11）以载波编号Channel_index和输入数据地址Addr_track的复合地址Addr_Channel为起始地址，从RAM2中读取128位幅度及相位数据，并进行初始频偏及相偏估计，得到估计出的初始频偏Fre_move及相偏Phase_offset；

12）以Addr_Channel为起始地址从RAM2中读取64位编码调制模式字的幅度及相位数据，根据从步骤11）中接收到的Fre_move及Phase_offset对读取的64位编码调制模式字的幅度及相位数据进行纠偏处理，然后将纠偏后的数据进行硬判决，对硬判决后的数据做RM译码运算，得到编码调制类型RM_reg，并将Flag_est置为1，进入步骤13）；

13）若Addr_in_mid_n减去Addr_track大于N，则进入步骤14），若Addr_in_mid_n减去Addr_track小于等于N，则将当前载波参数存入FIFO2中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数；

14）以Addr_Channel为起始地址从RAM2中读取信息数据的幅度及相位数据，根据步骤11）中得到的Fre_move及Phase_offset的值对读取的输入数据的幅度及相位数据进行纠偏，并根据RM_reg的不同，选用不同的载波跟踪算法对纠偏后的数据进行载波跟踪处理并按128个数据为一块处理单元分块输出，并将当前载波参数存入FIFO2中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数，直至完成对A路载波的处理。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明在多载波突发自适应解调上有很好的性能，在频偏、相偏、位定时偏差及白噪声的影响下，解调损失小于0.5dB。

（2）本发明资源复用率高，使用Virtex4-55芯片，仅以14%的资源消耗率完成多载波自适应捕获及位同步功能、13%的资源消耗率完成多载波自适应载波同步功能，稍大于单载波模块。

（3）本发明实现了对变速率（2～7Mbps）、多调制方式（QPSK、8PSK及16APSK）的突发多载波信号进行自适应解调。速率可变，可适应多种调制方式。

附图说明

图1为资源复用的多载波自适应解调方法框图；

图2为传输信号帧结构；

图3为RAM存储分配图。

具体实施方式

下面以8个载波为例，结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示，8个载波复用是通过FIFO实现的，各路将其重要的中间参数存入FIFO中，待处理到哪一路，则在读出参数的基础上继续做处理。FIFO1中各路需缓存的参数分别是Addr_best（开始处理的输入数据地址）、Part_num（输出块的个数）、Channel_index（各载波的编号，范围0～7）、Flag（是否成功捕获的标志，’1’代表成功捕获）、Burst_type（突发类型，’0’代表数据突发，’1’代表测距突发）、Demola（用于同前导头相关的128位序列），所述的前导头为图2中的捕获及同步序列。

总体处理过程如下：

1)从FIFO1中读出一路载波参数，判断Flag的值，若Flag的值不为1，表明没有成功捕获，进入步骤2）；若Flag的值为1，表示已经成功捕获，进入步骤4）；

2)以Addr_best为起始地址，8为载波个数，从RAM1中读取数据，做差分运算后进行硬判决，将硬判决结果存入Demola，同前导头做相关，若Addr_in减去Addr_best小于16，则Flag置为1，Addr_best置为成功捕获时的输入序列的起始地址，并进入步骤3）；若Addr_in减去Addr_best大于等于16，将此时的参数存入FIFO1，跳转至步骤1）继续读取下一路载波参数；

3)若Addr_in减去Addr_best大于512进入步骤4），若Addr_in减去Addr_best小于等于512，将此时的载波参数存入FIFO1，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；

4)以Addr_best为起始地址，8为间隔，从RAM1中读取512个采样点，估计出位定时偏差（见专利《一种MAPSK自适应解调***》）；

5)以Addr_best-1为起始地址，8为间隔，从RAM中读取512个采样点，根据步骤4）获得的位定时偏差值，对512个采样点做三角函数内插（见专利《一种MAPSK自适应解调***》）并分块输出，每块128个符号数据，随着各载波的突发类型反馈到捕获及位同步处理部分，各路载波的输出符号块数就确定了（数据突发：ceil(16352/N)=128，测距突发：ceil(4256/N)=34），若本路载波为数据突发且Part_num<128或本路载波为测距突发且Part_num<34），输出128个符号，输出完毕后，Part_num置为Part_num+1，Addr_best置为Addr_best+512，Burst_type置为反馈回来的本路载波的Burst_type，其余不变，将本路载波的参数存入FIFO1中，再读取下一路载波的参数进行处理；若本路载波为数据突发且Part_num=128，说明这是本载波数据突发帧的最后一块，输出M1个符号(M1=16352-N*(Part_num-1)=96)，输出完毕后，Addr_best置为Addr_best+M1′

Channel_index不变，其余全置为0，将本路载波的参数存入FIFO1中，再读取下一路载波的参数进行处理；若本路载波为测距突发且Part_num=34，说明这是本载波测距突发帧的最后一块，输出M2个符号(M2=4256-N*(Part_num-1)=32)，输出完毕后，Addr_best置为Addr_best+M2′

Channel_index不变，其余全置为0，将本路载波的参数存入FIFO1中，，跳转至步骤（1）读取下一路载波的参数；

6)将步骤5）中输出的128个符号的实部与虚部数据块转换为幅度和相位数据；

7)将步骤6）中得到的幅度和相位数据按载波号存入RAM2中，第n路每存入一个数据，n=1,2,3...8，该路输入数据地址Addr_in_mid_n加1，并且将各路的初始参数，依次写入FIFO2中；所述的初始参数包括载波编号Channel_index、载波帧头指示信号initial_flag(Channel_index)、载波输入数据地址Addr_in_mid_n、初始频偏及相偏估计标志信号Flag_est、开始处理的输入数据地址Addr_track、输出块的个数Part_num、估计出的初始频偏Fre_move、估计出的初始相偏Phase_offset、编码调制类型Rm_reg；

8)读出一路载波参数，判断Flag_est的值，若Flag_est的值不为1，则进入步骤（9）；若Flag_est的值为1，则进入步骤（12）；

9)判断initial_flag(n)的值，n为读出的本路载波号Channel_index，若initial_flag(n)的值为1，说明本路载波已经有数据存入RAM2，则进入步骤（10），若initial_flag(n)的值不为1，则将当前的载波参数存入FIFO2中（Channel_index为本路载波号，其余都为0），并读取下一路载波参数，返回步骤（8）；

10)以载波编号Channel_index和输入数据地址Addr_track的复合地址Addr_Channel为起始地址，从RAM2中读取128个幅度及相位数据，对前导头（图3中的捕获及同步序列）做初始频偏及相偏估计（见专利《一种MAPSK自适应解调***》），得到估计出的初始频偏（Fre_move）及相偏（Phase_offset）；

11)以载波编号Channel_index和输入数据地址Addr_track的复合地址Addr_Channel为起始地址，从RAM2中读取读出64个幅度和相位数据（图2的编码调制模式字），用从10）中接收到的初始频偏及相偏对这些数据进行纠偏处理，然后将纠偏后的数据进行硬判决，之后对硬判决后的数据做RM译码运算，得到编码调制类型RM_reg，并将Flag_est置为1，进入步骤12）；

12)若Addr_in_mid_n减去Addr_track大于128（128为输出一块的符号数据个数），则进入步骤13），若Addr_in_mid_n减去Addr_track小于等于128，则将当前载波参数存入FIFO2中，跳转至步骤8）继续读取下一路载波参数；

13)从RAM2中读取输入数据的幅度及相位数据，用10）中得到的Fre_move及Phase_offset值对这些数据进行纠偏，并根据RM_reg的不同，选用不同的载波跟踪算法（见专利《一种MAPSK自适应解调***》）对纠偏后的数据进行载波跟踪处理并按128个数据为1块处理单元分块输出，随着本路载波的突发类型反馈到载波跟踪模块，本路载波输出的数据块数就确定了（数据突发：ceil(16352/N)=128，测距突发：ceil(4256/N)=34）。若本路载波为数据突发且Part_num<128或本路载波为测距突发且Part_num<34），输出128个幅度、相位数据，输出完毕后，Part_num置为Part_num+1，Addr_track置为Addr_track+128，Burst_type置为反馈回来的本路载波的Burst_type，其余不变，将本路载波的参数存入FIFO2中，再读取下一路载波的参数进行处理；若本路载波为数据突发且Part_num=128，说明这是本载波数据突发帧的最后一块，输出M1个幅度、相位数据(M1=96)，输出完毕后，Addr_track置为Addr_track+96，Channel_index不变，其余全置为0，将本路载波的参数存入FIFO2中，再读取下一路载波的参数进行处理；若本路载波为测距突发且Part_num=34，说明这是本载波测距突发帧的最后一块，输出M2个幅度、相位数据(M2=4256-N^＊(Part_num-1)=32)，输出完毕后，Addr_track置为Addr_track+32，Channel_index不变，其余全置为0，将当前载波参数存入FIFO2中，读取下一载波的参数，跳转至步骤（8）继续处理。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种基于资源复用的多载波自适应解调方法，其特征在于步骤如下：

1）将数字分路之后的多路串行输入数据的实部和虚部缓存入RAM1中，每存入一个数据，输入数据的地址Addr_in加1，并且将各载波初始参数依次写入FIFO1中；所述的初始参数包括开始处理的输入数据地址Addr_best、输出块的个数Part_num、各载波的编号Channel_index、捕获标志Flag、用于同前导头相关的128位序列Demola；

2）从FIFO1中读出第1路载波的载波参数，判断Flag的值，若Flag的值不为1，表明没有成功捕获，则进入步骤3）；若Flag的值为1，表示已经成功捕获，则进入步骤5）；

3）以Addr_best为起始地址，A为载波个数，从RAM1中读取数据，做差分运算后进行硬判决，将硬判决结果存入Demola，同前导头做相关，若Addr_in减去Addr_best小于载波个数A的2倍，则Flag置为1，Addr_best置为成功捕获时的输入序列的起始地址，并进入步骤4）；若Addr_in减去Addr_best大于等于载波个数A的2倍，将此时的参数存入FIFO1，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；

4）若Addr_in减去Addr_best大于M，进入步骤5）；若Addr_in减去Addr_best小于等于M，将此时的载波参数存入FIFO1，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；所述的

其中N为三角函数内插后的输出符号个数；

5）以Addr_best为起始地址，A为间隔，从RAM1中读取4N个采样点，获取位定时偏差值；

6）以Addr_best-1为起始地址，A为间隔，从RAM1中读取4N个采样点，根据步骤5）获得的位定时偏差值，对4N个采样点做三角函数内插后，输出N个符号，同时将此时的载波参数存入FIFO1中，跳转至步骤2）继续读取下一路载波参数；

7）将步骤6）中输出的N个符号的实部与虚部数据转换为幅度和相位数据；

8）将步骤7）中得到的幅度和相位数据按载波号存入RAM2中，第n路每存入一个数据，n=1,2,3...A，该路输入数据地址Addr_in_mid_n加1，并且将各路的初始参数，依次写入FIFO2中；所述的初始参数包括载波编号Channel_index、载波帧头指示信号initial_flag(Channel_index)、载波输入数据地址Addr_in_mid_n、初始频偏及相偏估计标志信号Flag_est、开始处理的输入数据地址Addr_track、输出块的个数Part_num、估计出的初始频偏Fre_move、估计出的初始相偏Phase_offset、编码调制类型Rm_reg；

9）读出第一路载波参数，判断Flag_est的值，若Flag_est的值不为1，则进入步骤10）；若Flag_est的值为1，则进入步骤13）；

10）判断initial_flag(Channel_index)的值，若initial_flag(Channel_index)的值为1，则进入步骤11），若initial_flag(Channel_index)的值不为1，则将当前的载波参数存入FIFO中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数；

11）以载波编号Channel_index和输入数据地址Addr_track的复合地址Addr_Channel为起始地址，从RAM2中读取128位幅度及相位数据，并进行初始频偏及相偏估计，得到估计出的初始频偏Fre_move及相偏Phase_offset；

12）以Addr_Channel为起始地址从RAM2中读取64位编码调制模式字的幅度及相位数据，根据从步骤11）中接收到的Fre_move及Phase_offset对读取的64位编码调制模式字的幅度及相位数据进行纠偏处理，然后将纠偏后的数据进行硬判决，对硬判决后的数据做RM译码运算，得到编码调制类型RM_reg，并将Flag_est置为1，进入步骤13）；

13）若Addr_in_mid_n减去Addr_track大于N，则进入步骤14），若Addr_in_mid_n减去Addr_track小于等于N，则将当前载波参数存入FIFO2中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数；

14）以Addr_Channel为起始地址从RAM2中读取信息数据的幅度及相位数据，根据步骤11）中得到的Fre_move及Phase_offset的值对读取的输入数据的幅度及相位数据进行纠偏，并根据RM_reg的不同，选用不同的载波跟踪算法对纠偏后的数据进行载波跟踪处理并按128个数据为一块处理单元分块输出，并将当前载波参数存入FIFO2中，跳转至步骤9）继续读取下一路载波参数，直至完成对A路载波的处理。

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