数据链物理层CPM波形调制解调技术研究与实现

发布时间：2017-10-23 19:24

  本文关键词：数据链物理层CPM波形调制解调技术研究与实现

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【摘要】：现代战争高度信息化,各系统以战术数据链互联成统一整体,能够最大限度发挥各作战单元威力。数据链在现代战争中的作用不言而喻,而数据链物理层波形是数据链组网的基础。简单高效的物理层调制解调技术,关系到数据链通信系统性能的优劣。连续相位调制(CPM)以其优良的频谱、功率效率,对军用通信和战术数据链有极强的吸引力,例如Link-16的采用了MSK,TTNT采用了GMSK,IRIG106标准采用了SOQPSK、FQPSK-JR、ARTM CPM、PCM/FM等。因此,研究简单高效的CPM信号调制解调技术对促进数据链的发展意义重大。论文围绕CPM调制解调技术展开研究,给出了适用于数据链系统的低复杂度CPM调制器与解调器的设计方案,并在FPGA硬件平台上实现了该方案。主要研究内容如下:(1)研究了CPM信号调制原理和相位形成过程,给出了两种CPM信号调制器的实现方案:基于相位生成的方案和基于波形存储的方案。两种方案各有优劣,前者所需存储资源少,后者所需计算逻辑资源少。然后对两种方案进行了建模仿真,通过输出相位、波形和频谱,可以证明所提方案的正确性;同时还表明,CPM信号比传统PSK信号具有更好的频谱效率和功率效率,能够满足数据链的需求。(2)深入研究了CPM信号的解调检测算法,包括MLSD最佳解调、Laurent最佳检测和Laurent次优检测等,并给出了三种算法的详细步骤流程和具体实现结构。根据CPM信号相位状态转移规则,提出了相位状态转移表格的构造方法,该表格包含了所有的相位状态及路径转移信息,是解调器的核心。通过对三种算法的性能仿真和复杂度分析,表明Laurent次优检测解调算法能够以极低的性能损失换取解调器复杂度的极大简化,适用于数据链系统。(3)在硬件平台上设计实现基于相位生成器的CPM信号调制器。其中,CPM信号的基带调制在FPGA平台上实现,CPM信号的上变频通过上变频(DUC)芯片AD9957完成。具体设计内容包括:量化标准设计、相位生成器设计、基于双端口ROM查找表的NCO波形发生器实现、AD9957芯片配置等。通过测试,验证了CPM信号发射机的正确性。(4)在FPGA平台上设计实现CPM信号低复杂度的Laurent次优解调器。具体内容包括四级并行流水线匹配滤波器设计,基于查找表运算组合的专用复数乘法器设计,基于查找表结构的度量、路径和状态计算器设计,基于移位寄存器思想的维特比回溯器设计等。通过逻辑功能仿真测试,验证了所设计CPM信号解调器的正确性。
【关键词】：数据链 连续相位调制 相位状态 解调器 FPGA
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 论文背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文研究内容及行文安排11-14
• 2 CPM信号调制原理及信号分析14-28
• 2.1 CPM信号分析14-17
• 2.1.1 CPM信号模型14-15
• 2.1.2 频率脉冲分类15-17
• 2.2 CPM信号相位分析17-21
• 2.2.1 CPM信号连续相位形成17-19
• 2.2.2 CPM信号的相位状态及相位轨迹19-21
• 2.3 CPM信号调制方案21-27
• 2.3.1 CPM调制方案21-23
• 2.3.2 CPM调制方案仿真23-25
• 2.3.3 调制参数对CPM信号频谱的影响25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 CPM信号解调技术研究28-56
• 3.1CPM信号最佳解调算法28-41
• 3.1.1 CPM信号的MLSD解调算法28-32
• 3.1.2 CPM信号基于维特比译码的MLSD解调算法32-40
• 3.1.3 基于维特比译码的MLSD解调算法复杂度分析40-41
• 3.2 二进制CPM信号的Laurent分解41-47
• 3.3 基于Laurent分解的低复杂度解调算法47-54
• 3.3.1 基于Laurent分解的最佳检测47-51
• 3.3.2 基于Laurent分解的次优检测51-53
• 3.3.3 三种解调算法复杂度对比53-54
• 3.4 本章小结54-56
• 4 CPM信号数字发射机设计56-70
• 4.1 CPM信号数字调制模型及硬件平台56-57
• 4.2 CPM信号基带调制器设计57-64
• 4.2.1 CPM基带相位生成器57-62
• 4.2.2 基于NCO的CPM信号基带波形发生器设计62-64
• 4.3 CPM基带信号上变频设计64-66
• 4.4 发射机性能及资源分析66-68
• 4.5 本章小结68-70
• 5 CPM信号低复杂度解调器设计70-82
• 5.1 CPM信号基于Laurent分解的接收机模型70-71
• 5.2 并行流水线匹配滤波器设计71-73
• 5.2.1 数据缓存71-72
• 5.2.2 匹配滤波器准备72
• 5.2.3 匹配滤波计算72-73
• 5.3 分支度量计算73-75
• 5.4 幸存度量、路径和状态的计算与维特比译码75-79
• 5.4.1 幸存度量、路径及状态计算75-77
• 5.4.2 维特比译码77-79
• 5.5 检测器性能及资源占用分析79-80
• 5.6 本章小结80-82
• 6 总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录90
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录90
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研工作90

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本文编号：1085003