CN103501218A - 一种基于资源复用的多载波自适应解调方法 - Google Patents
一种基于资源复用的多载波自适应解调方法 Download PDFInfo
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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
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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GR01 | Patent grant |