一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410431437.0

申请日:

2014.08.28

公开号:

CN104158781A

公开日:

2014.11.19

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):H04L 27/20申请日:20140828|||公开

IPC分类号:

H04L27/20

主分类号:

H04L27/20

申请人:

上海航天电子通讯设备研究所

发明人:

向前; 李惠媛; 杨津浦

地址:

200082 上海市杨浦区齐齐哈尔路76号

优先权:

专利代理机构:

上海汉声知识产权代理有限公司 31236

代理人:

胡晶

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内容摘要

本发明公开了一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,在FPGA片内的APSK调制和成形滤波映射RAM中,采用并行数字的单符号映射多脉冲重叠相加的技术,用一步映射方式实现APSK的映射和成形滤波,再通过将载波信号简化为离散循环序列,并使之与映射后信号加载完成正交载波调制,输出后即为调制后的APSK信号。本发明方法及系统大大减少了常规APSK调制和成形滤波算法所用的乘法器和ROM的资源占用率,并且可以灵活设置调制方式。本发明方法及其系统解决了APSK调制难以实现超高速调制、同步难度大、电路复杂及灵活性差等问题,达到了实现电路简单、资源占用小、灵活性强的有益效果。

权利要求书

1.  一种基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)APSK映射和成形滤波:并行输入数字基带信号并进行APSK映射,映射后输出APSK映射的符号,再对APSK映射的符号进行成形滤波,输出APSK映射和成形滤波后的数据信号;
(2)正交调制:对APSK映射和成形滤波后的数据信号进行正交载波调制后输出APSK正交载波调制信号;
其中,所述成形滤波包括:
a、对APSK映射后的每个符号进行单符号映射,将APSK映射后的符号中的每个符号分别分解映射为K个分解映射符号序列;
b、对APSK映射后的符号分解映射后产生的分解映射符号序列进行叠加处理,依次输出成形滤波后的数据信号。

2.
  根据权利要求1所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述步骤(1)具体包括:并行输入所述数字基带信号的数据比特流,并将所述数据比特流的每组数据比特分别映射为APSK星座图上的一个符号;随后对映射后的符号采用n倍采样速率进行采样,n为大于2的整数;采样后输出APSK映射的I路信号及Q路信号的符号序列。

3.
  根据权利要求2所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述成形滤波具体为:每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N+1个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射后的符号的成形滤波。

4.
  根据权利要求3所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于, 所述单符号映射具体为:每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。

5.
  根据权利要求4所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述单符号映射的步骤包括:将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列;
其中,单符号映射表中的各数据值的计算过程为:将每个符号的K个单个成形滤波抽头系数分别与该符号经APSK映射后的幅度级数值进行相乘,相乘后的K个乘积即为查找映射表中存储的分解映射值,该K个乘积值作为映射查找表的输出数据存入FPGA的RAM中,每个符号对应的数据比特序列即为该符号映射查找表的地址;
其中,单个成形滤波抽头系数根据成形滤波的滤波函数进行预先计算,APSK映射后符号的幅度级数值也预先存储在RAM中。

6.
  根据权利要求5所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述叠加处理进一步包括:所述N个符号分解映射后的分解映射符号序列分别进行相邻符号的两两相加,第一次两两相加的结果再进行相邻结果两两相加,以此类推,最终算出N个符号分解后的分解映射符号值的叠加结果;
其中,叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第j+1个符号的分解映射序列相比第j个符号的分解映射序列向后顺延n位后再相加,得到K+n个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2n位再叠加,以此类推,直至N个符号的分解映射序列叠加完成;
叠加结果的第1~K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。

7.
  根据权利要求2所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于, 步骤(2)进一步包括:
采用与采样频率一致的频率产生正弦和余弦载波信号,并对正弦和余弦载波信号分别简化处理为正弦离散序列和余弦离散序列;所述I路信号与正弦离散序列相乘得到I路信号序列,所述Q路信号与余弦离散序列相乘得到Q路信号序列,所述I路信号序列与Q路信号序列相加后输出APSK正交载波调制信号。

8.
  根据权利要求7所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述简化处理具体为:将所述正弦载波信号离散化为以0、1、0、-1为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述正弦载波信号相同;将所述余弦载波信号离散化为以1、0、-1、0为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述余弦载波信号相同。

9.
  根据权利要求1或7所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,对所述APSK正交载波调制信号进行D/A转换,得到APSK调制信号。

10.
  一种基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,包括一FPGA调制模块及数据输入模块,所述数据输入模块将数字基带信号输入所述FPGA调制模块,所述FPGA调制模块将数字基带信号进行APSK调制后输出APSK正交载波调制信号;
所述FPGA调制模块包括APSK映射和成形滤波映射单元及正交调制单元;所述数字基带信号在APSK映射和成形滤波映射单元中进行APSK映射和成形滤波,APSK映射和成形滤波后输出的数据信号输入所述正交调制单元进行正交载波调制。

11.
  根据权利要求10所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,APSK映射和成形滤波单元包括APSK调制和成形滤波RAM以及流水线相加运算器;
APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表及单符号映射表,输入的数字基带信号的数据比特在APSK调制和成形滤波RAM中进行APSK映射及单符号映射,APSK映射及单符号映射后的数据在流水线相加运算器中进行两两相加的叠加运算输出APSK映射和成形滤波的I路信号和Q路信号。

12.
  根据权利要求11所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,所述正交调制单元将APSK映射和成形滤波的I路信号与正弦离散序列相乘后得到I路信号序列,将APSK映射和成形滤波的Q路信号与余弦离散序列相乘后得到Q路信号序列,并将I路信号序列与Q路信号序列相加后输出所述APSK正交载波调制信号。

13.
  根据权利要求10所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,还包括D/A转换模块,所述APSK正交载波调制信号输入所述D/A转换模块进行D/A转换后输出APSK调制信号。

说明书

一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统
技术领域
本发明涉及数字信号调制技术领域,特别涉及一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统。
背景技术
随着国际社会军事、政治、经济形势的发展,对卫星对地观测载荷的要求越来越高,具有全天候、全天时、高分辨率、宽观测带、短重访时间的特点,因此,星载遥感数据量和数据带宽急剧增加,需要有更高速率的大容量数据传输系统来完成遥感数据的实时处理和传输。大数据量的数据传输带来了频带的大幅增长,因此,对信号调制技术提出了更高的要求。
传统的星载数传调制方式采用QPSK调制,模拟射频调制技术。由于数据通信传输速率的增加,频带的大幅增长,受模拟电路不稳定的影响,如EVM和幅相不平衡度等指标的提高,大大限制了系统高速传输的性能。
目前主要采用APSK等高阶调制的方式,来提高信号的频带利用率,最大限度的提高传输数据率,以满足和适应星地链路传输数据速率大幅增长和其它高速数据通信技术的发展的需求。APSK调制是一种非常适合于卫星信道的调制方式,其作为典型的数字通信系统中的一种数字调制,主要包括星座映射及后处理过程,后处理过程包括多载波调制和成形滤波等。其中星座映射将“比特”向量或序列映射成适于传输的“符号”向量或序列。星座映射包含两个要素,即星座图和星座映射方式。星座图是星座映射所以可能取值的集合,其中每个星座点对应一种输出符号的取值。星座映射方式,简称映射方式,表示输入比特量到星座点的特定映射关系,通常每个星座点与比特向量一一对应。一个M(M=2m,其中m为数据的比特长度)阶的APSK星座图有R个同心环,每个环由均匀的PSK点组成。典型的32APSK星座图如图1所示。
APSK调制具有较高的功率有效性和频带利用率,但其调制过程中存在着调制幅度级数较多,实现高速调制比较困难的问题。
APSK调制时为了实现无码间串扰传输和提高频带利用率,常采用升余弦成 形滤波器,它是常用的低通滤波器。通常,把它放置在收发两端,即将接收滤波器和发送滤波器设计(匹配)为平方根升余弦函数(升余弦函数的平方根)。若不考虑由于信道引起的码间串扰,两个平方根升余弦函数相乘(相当于时域卷积)就得到升余弦形式的合成的系统传输函数。所以,在调制端的成形滤波器选用平方根升余弦滤波器。平方根升余弦滤波器的系数可在MATLAB中用函数B=RCOSFIR(R,N_T,rate,T,sqrt)求出,其中R是滚降因子,滚降因子取值越大,频谱在截止处越光滑,时域冲击响应的拖尾起伏越小,但频带利用率越低,一般选择范围在0.2~0.6,N_T为抽头阶数,T为符号周期,sqrt代表平方根升余弦。平方根升余弦滤波器的频率响应如下:
HT(f)=HR(f)=10|f|1-R2T12[1+cos[π(2T|f|-1+R)2R]]1-R2T|f|1-R2T0|f|≥1+R2T]]>
根据上述背景,本发明提出一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及其调制系统,目前没有发现与本发明类似的方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,以解决现有的APSK调制无法实现快速调制的问题。
本发明的另一目的在于提供一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,以解决现有的APSK调制资源占用过多的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于FPGA的超高速APSK调制方法,包括以下步骤:
(1)APSK映射和成形滤波:并行输入数字基带信号并进行APSK映射,映射后输出APSK映射的符号,再对APSK映射的符号进行成形滤波,输出APSK映射和成形滤波后的数据信号;
(2)正交调制:对APSK映射和成形滤波后的数据信号进行正交载波调制 后输出APSK正交载波调制信号;
其中,所述成形滤波包括:
a、对APSK映射后的每个符号进行单符号映射,将APSK映射后的符号中的每个符号分别分解映射为K个分解映射符号序列;
b、对APSK映射后的符号分解映射后产生的分解映射符号序列进行叠加处理,依次输出成形滤波后的数据信号。
较佳地,所述步骤(1)具体包括:并行输入所述数字基带信号的数据比特流,并将所述数据比特流的每组数据比特分别映射为APSK星座图上的一个符号;随后对映射后的符号采用n倍采样速率进行采样,n为大于2的整数;采样后输出APSK映射的I路信号及Q路信号的符号序列。
较佳地,所述成形滤波具体为:每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N+1个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射后的符号的成形滤波。
较佳地,所述单符号映射具体为:每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。
较佳地,所述单符号映射的步骤包括:将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列;
其中,单符号映射表中的各数据值的计算过程为:将每个符号的K个单个成形滤波抽头系数分别与该符号经APSK映射后的幅度级数值进行相乘,相乘后的K个乘积即为查找映射表中存储的分解映射值,该K个乘积值作为映射查找表的输出数据存入FPGA的RAM中,每个符号对应的数据比特序列即为该符 号映射查找表的地址;
其中,单个成形滤波抽头系数根据成形滤波的滤波函数进行预先计算,APSK映射后符号的幅度级数值也预先存储在RAM中。
较佳地,所述叠加处理进一步包括:所述N个符号分解映射后的分解映射符号序列分别进行相邻符号的两两相加,第一次两两相加的结果再进行相邻结果两两相加,以此类推,最终算出N个符号分解后的分解映射符号值的叠加结果;
其中,叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第j+1个符号的分解映射序列相比第j个符号的分解映射序列向后顺延n位后再相加,得到K+n个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2n位再叠加,以此类推,直至N个符号的分解映射序列叠加完成;
叠加结果的第1~K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。
较佳地,步骤(2)进一步包括:
采用与采样频率一致的频率产生正弦和余弦载波信号,并对正弦和余弦载波信号分别简化处理为正弦离散序列和余弦离散序列;所述I路信号与正弦离散序列相乘得到I路信号序列,所述Q路信号与余弦离散序列相乘得到Q路信号序列,所述I路信号序列与Q路信号序列相加后输出APSK正交载波调制信号。
较佳地,所述简化处理具体为:将所述正弦载波信号离散化为以0、1、0、-1为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述正弦载波信号相同;将所述余弦载波信号离散化为以1、0、-1、0为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述余弦载波信号相同。
较佳地,对所述APSK正交载波调制信号进行D/A转换,得到APSK调制 信号。
本发明同时提供了一种基于FPGA的超高速APSK调制系统,包括一FPGA调制模块及数据输入模块,所述数据输入模块将数字基带信号输入所述FPGA调制模块,所述FPGA调制模块将数字基带信号进行APSK调制后输出APSK正交载波调制信号;
所述FPGA调制模块包括APSK映射和成形滤波映射单元及正交调制单元;所述数字基带信号在APSK映射和成形滤波映射单元中进行APSK映射和成形滤波,APSK映射和成形滤波后输出的数据信号输入所述正交调制单元进行正交载波调制。
较佳地,APSK映射和成形滤波单元包括APSK调制和成形滤波RAM以及流水线相加运算器;
APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表及单符号映射表,输入的数字基带信号的数据比特在APSK调制和成形滤波RAM中进行APSK映射及单符号映射,APSK映射及单符号映射后的数据在流水线相加运算器中进行两两相加的叠加运算输出APSK映射和成形滤波的I路信号和Q路信号。
较佳地,所述正交调制单元将APSK映射和成形滤波的I路信号与正弦离散序列相乘后得到I路信号序列,将APSK映射和成形滤波的Q路信号与余弦离散序列相乘后得到Q路信号序列,并将I路信号序列与Q路信号序列相加后输出所述APSK正交载波调制信号。
较佳地,还包括D/A转换模块,所述APSK正交载波调制信号输入所述D/A转换模块进行D/A转换后输出APSK调制信号。
本发明采用新型的基于FPGA的超高速APSK调制方法及系统,全数字设计,并采用了并行数字的单符号映射多脉冲重叠相加的技术,解决了APSK调制由于幅度级数多,处理困难的问题,并大幅简化了调制和滤波方法。同时有 效地消除或减少了APSK模拟调制实现的各种因素对系统性能的影响,其基于FPGA的数字调制方法简单,通用性强,硬件成本低,移植性强,全数字调制的EVM和幅相不平衡度等指标性能优异,并且该调制系统方便未来进行进一步的平台扩展、参数修改和系统功能升级等应用。
附图说明
图1为32APSK调制星座映射关系图;
图2为本发明方法实施过程示意图;
图3为本发明方法对应的调制系统示意图;
图4为本发明实施例一中单符号映射后叠加运算的对应关系示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明,并结合优选实施例,并配合附图1、图2及图3对本发明作详细说明,具体如下:
如图2所示,为本发明方法实现过程示意图,对数据输入,本发明方法首先进行APSK映射和成形滤波:APSK映射将输入的数据比特序列映射为APSK符号序列,并分为I路和Q路两路信号,对I路和Q路信号分别进行成形滤波,成形滤波采用平方根升余弦滤波器对应的函数对两路信号进行处理输出;随后对滤波处理后的I路和Q路信号进行正交调制:正交调制过程中,对I路信号加载正弦载波,对Q路信号加载余弦载波,加载载波后的I路信号与Q路信号相加并输出,相加输出的信号经D/A转换后即为APSK调制输出信号。调制中各信号处理过程与FPGA调制模块的各组成部分相对应,FPGA调制模块及整个调制系统如图3所示,以下结合具体实施例对该基于FPGA的超高速APSK调制方法进行介绍。
实施例一
本实施例中采用32APSK星座图进行调制映射。
步骤(1):APSK映射及成形滤波
首先,并行输入数据并进行APSK映射。将输入FPGA的APSK映射模块的并行数据分为5比特一组,每组数据按照图1所示的星座图映射为该星座图上的一个符号,若干组数据即映射为若干个符号,32APSK映射后的符号的幅度有17级(即I、Q支路的星座点各对应有17种不同的幅度值)。APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表,将输入的数据比特按APSK星座映射表映射为符号即可。
对数据比特序列映射后的符号序列进行采样,由于本发明调制采用数字方式,固采样频率必须满足大于2倍的奈奎斯特采样频率,为便于FPGA进行处理并适于高速调制,本实施例中采样速率为输入数据频率的4倍。进行APSK星座图映射及采样后的符号序列分为I路信号及Q路信号,这里的星座图映射和成形滤波映射在一个FPGA的RAM中进行映射处理。
其次,对APSK映射后的I路信号及Q路信号分别进行成形滤波。成形滤波具体为:每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N+1个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射后的符号的成形滤波。
上述I路信号及Q路信号分别输入一成形滤波的RAM,进行成形滤波,本实施例中采用平方根升余弦滤波函数进行成形滤波。该过程每次对星座图映射后的N个符号进行处理,成形滤波的具体过程为:
a、对APSK映射后的每个符号进行成形滤波的单符号映射。单符号映射具体为:每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列。映射查找表预先储存在对应的RAM中,通过查找表映射以替代成形滤波中离散序列的相乘。
单符号映射具体过程为:对该N个符号,每个符号再分解映射后产生一组长度为K的映射符号序列(K为滤波器抽头系数个数,也为滤波器长度),该映射过程通过查找预先存储在FPGA中的映射查找表完成。此处映射查找表根据 APSK星座图的符号映射和单符号成形滤波器映射的关系进行计算。成形滤波时,每个符号映射为K个映射数据值,K=(N-1)×4+1,其中系数4即为采样频率的倍数,映射结果根据成形滤波公式(1)进行计算:
H(z)=Σi=0K-1h(i)z-i---(1)]]>
其中,i为整数且1≤i≤K,h(i)为单个成形滤波抽头系数。成形滤波器抽头系数的时域表达式如式(2):
h(t)=4RT/πT2-16R2t2cos[πT(1+R)T]+T2/πTT2-16R2t2cos[πT(1-R)T]---(2)]]>
其中R为滚降因子,一般取值范围0.2~0.6,T为符号周期。也可在MATLAB中用平方根升余弦滤波函数B=RCOSFIR(R,N_T,rate,T,sqrt)求出h(i)的抽头系数值。
通过式(1)依次求出每个符号经过APSK映射后的幅度级数值分别与该符号的各单个成形系数h(1)、h(2)、……、h((N-1)×4+1)的乘积作为RAM的存储映射值,每个符号的该K个乘积值作为映射查找表的输出数据存入FPGA的RAM中,每个符号的映射查找表地址即为该符号对应的数据比特序列。
其中,32APSK映射星座中的符号的幅度级数值及成形滤波器映射系数值运算可用MATLAB等运算工具预先进行,将计算结果存储在FPGA中,供APSK映射及成形滤波使用。
b、对于该N个符号,其分解映射后产生的符号序列进行叠加处理,输出成形滤波后的信号。
具体为:分解映射及乘积后产生的I、Q路数据分别输入两两相加的流水线相加运算器进行叠加处理,即第1个符号的第5个映射符号与第2个符号的第1个映射符号相加,第1个采样符号的第6个映射符号与第2个采样符号的第2个映射符号相加,以此类推直至叠加至第N个符号,至此完成第一层叠加共需个加法器;第一层叠加后的映射符号和再次进行两两相加,直至完成全部第一层全部叠加结果的叠加(共需个加法器);随后进行第三层,第四层,依次类推,直至最终算出N个符号的分解映射符号序列对应的脉冲叠加结果值,叠加结果的 第1~K个值即为第1个符号成形滤波后的符号序列值。
运算的对应关系如图4所示。
至此完成成形滤波中求积后的求和运算。两两相加的结构适合FPGA进行数据处理,并且可以提高FPGA的时序同步能力。
成形滤波过程中,K值大小即为影响该数字成形滤波通道性能的参数,每个符号分解映射的符号序列长度K值越大,则成形滤波性能越好,但数字处理过程的复杂度较高,本实施例中,K取21,相应的N值为6,即APSK调制和成形滤波RAM每次对6个符号进行成形滤波,分解映射并叠加处理后输出成形滤波后的一个符号,随后APSK映射符号序列再输入一个符号,再次对该组6个符号进行成形滤波,以此类推,依次完成所有APSK映射符号的成形滤波,并分别输出成形滤波后的I路信号和Q路信号。
步骤2:对APSK映射和成形滤波后的数据进行正交载波调制。
正交载波调制在正交调制单元进行,模拟的APSK正交载波调制可由数学表达式:SAPSK(t)=Imsinωct+Qmcosωct表达,本实施例中采用较适合高速调制的4倍整数采样频率产生载波信号。为方便FPGA硬件单元对数字信号加载载波,这里将普通载波调制的数控振荡器(NCO)产生的正弦波和余弦波载波信号进行数字化的简化处理,简化为每周期数值分别为0、1、0、-1和1、0、-1、0的离散数字循环序列。
由于载波调制中的正弦和余弦载波离散序列每周期数值分别为0、1、0、-1和1、0、-1、0,I路和Q路信号分别正弦和余弦载波离散序列相乘,输出加载载波的I路信号序列与Q路信号序列,加载载波后I路信号序列与Q路信号序列进行相加运算输出正交载波调制信号。由于正弦波和余弦波信号正好正交,I、Q路对应位置的数据不重叠,所以I、Q路调制信号正交合路相加后对应的信号依次分别为Q1、I2、-Q3、-I4,循环输出,即可得到APSK正交载波调制信号,将APSK正交载波调制信号输入一D/A转换模块进行D/A转换后输出APSK调制信号,该APSK调制信号即为数字基带信号调制后的APSK中频信号。该方 法简化了APSK的载波调制运算,减少了FPGA的程序资源占用率,便于进行高速并行处理APSK调制。
采用此种基于FPGA的超高速APSK调制方法,即可以把成形滤波中的乘法运算转换为RAM中的离散序列映射,减少普通数字APSK调制中乘法器的资源占用,同时通过查找映射表替代成形滤波中的分解及乘积运算,每个分解映射符号序列后再分别进行叠加运算,避免了APSK调制因为映射后幅度级数多,以及多符号映射RAM存储资源占用大的问题,减少了存储器的资源占用率。
实施例二
本实施例除以下部分与实施例一有所区别外其余部分均与实施例一相同,不同部分具体为:步骤(1)中,并行输入的数据若为m比特每组,则每组的m个比特数据映射为M阶APSK星座图上的一个符号,其中M=2m。M阶APSK的星座图可以为均匀APSK星座映射图,也可以为非均匀APSK星座映射图。采样频率若选用大于2倍奈奎斯特采样频率的其他频率如为n倍采样频率,则叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第j+1个符号的分解映射序列相比第j个符号的分解映射序列向后顺延n位后再相加,得到K+n个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2n位再叠加,以此类推,直至N个符号的分解映射序列叠加完成。其中,K=(N-1)×n+1。
叠加结果的第1~K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。
步骤(2)中,采样频率若选用大于2倍奈奎斯特采样频率的其他频率,则载波调制中的正弦和余弦载波信号的周期也做相应的调整,即周期大小根据采样频率有所改变,但其数字离散化的简化规则与实施例一相同,即正弦载波离散后仍为以0、1、0、-1为周期循环的离散序列,余弦载波离散后仍为以1、0、-1、0,1为周期循环的离散序列。对于n倍采样(n为大于2的整数),则正弦和余 弦载波信号每周期数值分别为(其中k=0~n-1),I、Q路成形滤波后的信号分别依次和简化后的正弦、余弦载波信号相乘,然后正交合路相加后即可直接输出已调制的APSK数字信号。
综上所述,本发明由于使用了简化的APSK调制算法技术,可以使原来难以在超高速情况下实现的APSK调制,转换为非常简单的运算,并且易于实现并行高速同步。本发明具有电路简单、可扩展性强、容易实现的特点,并具有一定的通用性,可广泛应用于类似的高速数据通信系统中。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,对本发明所做的变形或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

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1、10申请公布号CN104158781A43申请公布日20141119CN104158781A21申请号201410431437022申请日20140828H04L27/2020060171申请人上海航天电子通讯设备研究所地址200082上海市杨浦区齐齐哈尔路76号72发明人向前李惠媛杨津浦74专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人胡晶54发明名称一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统57摘要本发明公开了一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,在FPGA片内的APSK调制和成形滤波映射RAM中,采用并行数字的单符号映射多脉冲重叠相加的技术,用一步映射方式。

2、实现APSK的映射和成形滤波,再通过将载波信号简化为离散循环序列,并使之与映射后信号加载完成正交载波调制,输出后即为调制后的APSK信号。本发明方法及系统大大减少了常规APSK调制和成形滤波算法所用的乘法器和ROM的资源占用率,并且可以灵活设置调制方式。本发明方法及其系统解决了APSK调制难以实现超高速调制、同步难度大、电路复杂及灵活性差等问题,达到了实现电路简单、资源占用小、灵活性强的有益效果。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图4页10申请公布号CN104158781ACN104158781A1/2页21。

3、一种基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,包括以下步骤1APSK映射和成形滤波并行输入数字基带信号并进行APSK映射,映射后输出APSK映射的符号,再对APSK映射的符号进行成形滤波,输出APSK映射和成形滤波后的数据信号;2正交调制对APSK映射和成形滤波后的数据信号进行正交载波调制后输出APSK正交载波调制信号;其中,所述成形滤波包括A、对APSK映射后的每个符号进行单符号映射,将APSK映射后的符号中的每个符号分别分解映射为K个分解映射符号序列;B、对APSK映射后的符号分解映射后产生的分解映射符号序列进行叠加处理,依次输出成形滤波后的数据信号。2根据权利要求1所述的基于FP。

4、GA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述步骤1具体包括并行输入所述数字基带信号的数据比特流,并将所述数据比特流的每组数据比特分别映射为APSK星座图上的一个符号;随后对映射后的符号采用N倍采样速率进行采样,N为大于2的整数;采样后输出APSK映射的I路信号及Q路信号的符号序列。3根据权利要求2所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述成形滤波具体为每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N1个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射。

5、后的符号的成形滤波。4根据权利要求3所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述单符号映射具体为每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。5根据权利要求4所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述单符号映射的步骤包括将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列;其中,单符号映射表中的各数据值的计算过程为将每个符号的K个单个成形滤波抽头系数分别与该符号经APSK映射后的幅度级数值进行相乘,相乘后的K个乘积即为查找映射表中存储的分解映射值,该K个乘积值作为映射查找表的输出数。

6、据存入FPGA的RAM中,每个符号对应的数据比特序列即为该符号映射查找表的地址;其中,单个成形滤波抽头系数根据成形滤波的滤波函数进行预先计算,APSK映射后符号的幅度级数值也预先存储在RAM中。6根据权利要求5所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述叠加处理进一步包括所述N个符号分解映射后的分解映射符号序列分别进行相邻符号的两两相加,第一次两两相加的结果再进行相邻结果两两相加,以此类推,最终算出N个符号分解后的分解映射符号值的叠加结果;其中,叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第J1个符号的分解映射序列相比第J个符号的分解映射序列向后顺延N位后再相。

7、加,得到KN个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2N位再叠加,以此类推,直至N个符权利要求书CN104158781A2/2页3号的分解映射序列叠加完成;叠加结果的第1K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。7根据权利要求2所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,步骤2进一步包括采用与采样频率一致的频率产生正弦和余弦载波信号,并对正弦和余弦载波信号分别简化处理为正弦离散序列和余弦离散序列;所述I路信号与正弦离散序列相乘得到I路信号序列,所述Q路信号与余弦离散序列相乘得到Q路信号序列,所述I路信号序列与Q路信号序列相加后输出APSK正交载波调制信号。8。

8、根据权利要求7所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,所述简化处理具体为将所述正弦载波信号离散化为以0、1、0、1为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述正弦载波信号相同;将所述余弦载波信号离散化为以1、0、1、0为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述余弦载波信号相同。9根据权利要求1或7所述的基于FPGA的超高速APSK调制方法,其特征在于,对所述APSK正交载波调制信号进行D/A转换,得到APSK调制信号。10一种基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,包括一FPGA调制模块及数据输入模块,所述数据输入模块将数字基带信号输入所述FPGA调制模块,所述。

9、FPGA调制模块将数字基带信号进行APSK调制后输出APSK正交载波调制信号;所述FPGA调制模块包括APSK映射和成形滤波映射单元及正交调制单元;所述数字基带信号在APSK映射和成形滤波映射单元中进行APSK映射和成形滤波,APSK映射和成形滤波后输出的数据信号输入所述正交调制单元进行正交载波调制。11根据权利要求10所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,APSK映射和成形滤波单元包括APSK调制和成形滤波RAM以及流水线相加运算器;APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表及单符号映射表,输入的数字基带信号的数据比特在APSK调制和成形滤波RAM中进行APSK映。

10、射及单符号映射,APSK映射及单符号映射后的数据在流水线相加运算器中进行两两相加的叠加运算输出APSK映射和成形滤波的I路信号和Q路信号。12根据权利要求11所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,所述正交调制单元将APSK映射和成形滤波的I路信号与正弦离散序列相乘后得到I路信号序列,将APSK映射和成形滤波的Q路信号与余弦离散序列相乘后得到Q路信号序列,并将I路信号序列与Q路信号序列相加后输出所述APSK正交载波调制信号。13根据权利要求10所述的基于FPGA的超高速APSK调制系统,其特征在于,还包括D/A转换模块,所述APSK正交载波调制信号输入所述D/A转换模块进行D/。

11、A转换后输出APSK调制信号。权利要求书CN104158781A1/7页4一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统技术领域0001本发明涉及数字信号调制技术领域,特别涉及一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统。背景技术0002随着国际社会军事、政治、经济形势的发展,对卫星对地观测载荷的要求越来越高,具有全天候、全天时、高分辨率、宽观测带、短重访时间的特点,因此,星载遥感数据量和数据带宽急剧增加,需要有更高速率的大容量数据传输系统来完成遥感数据的实时处理和传输。大数据量的数据传输带来了频带的大幅增长,因此,对信号调制技术提出了更高的要求。0003传统的星载数传调制方式采用Q。

12、PSK调制,模拟射频调制技术。由于数据通信传输速率的增加,频带的大幅增长,受模拟电路不稳定的影响,如EVM和幅相不平衡度等指标的提高,大大限制了系统高速传输的性能。0004目前主要采用APSK等高阶调制的方式,来提高信号的频带利用率,最大限度的提高传输数据率,以满足和适应星地链路传输数据速率大幅增长和其它高速数据通信技术的发展的需求。APSK调制是一种非常适合于卫星信道的调制方式,其作为典型的数字通信系统中的一种数字调制,主要包括星座映射及后处理过程,后处理过程包括多载波调制和成形滤波等。其中星座映射将“比特”向量或序列映射成适于传输的“符号”向量或序列。星座映射包含两个要素,即星座图和星座映。

13、射方式。星座图是星座映射所以可能取值的集合,其中每个星座点对应一种输出符号的取值。星座映射方式,简称映射方式,表示输入比特量到星座点的特定映射关系,通常每个星座点与比特向量一一对应。一个MM2M,其中M为数据的比特长度阶的APSK星座图有R个同心环,每个环由均匀的PSK点组成。典型的32APSK星座图如图1所示。0005APSK调制具有较高的功率有效性和频带利用率,但其调制过程中存在着调制幅度级数较多,实现高速调制比较困难的问题。0006APSK调制时为了实现无码间串扰传输和提高频带利用率,常采用升余弦成形滤波器,它是常用的低通滤波器。通常,把它放置在收发两端,即将接收滤波器和发送滤波器设计匹。

14、配为平方根升余弦函数升余弦函数的平方根。若不考虑由于信道引起的码间串扰,两个平方根升余弦函数相乘相当于时域卷积就得到升余弦形式的合成的系统传输函数。所以,在调制端的成形滤波器选用平方根升余弦滤波器。平方根升余弦滤波器的系数可在MATLAB中用函数BRCOSFIRR,N_T,RATE,T,SQRT求出,其中R是滚降因子,滚降因子取值越大,频谱在截止处越光滑,时域冲击响应的拖尾起伏越小,但频带利用率越低,一般选择范围在0206,N_T为抽头阶数,T为符号周期,SQRT代表平方根升余弦。平方根升余弦滤波器的频率响应如下说明书CN104158781A2/7页500070008根据上述背景,本发明提出一。

15、种基于FPGA的超高速APSK调制方法及其调制系统,目前没有发现与本发明类似的方法及系统。发明内容0009本发明的目的在于提供一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,以解决现有的APSK调制无法实现快速调制的问题。0010本发明的另一目的在于提供一种基于FPGA的超高速APSK调制方法及调制系统,以解决现有的APSK调制资源占用过多的问题。0011为实现上述目的,本发明提供了一种基于FPGA的超高速APSK调制方法,包括以下步骤00121APSK映射和成形滤波并行输入数字基带信号并进行APSK映射,映射后输出APSK映射的符号,再对APSK映射的符号进行成形滤波,输出APSK映射和。

16、成形滤波后的数据信号;00132正交调制对APSK映射和成形滤波后的数据信号进行正交载波调制后输出APSK正交载波调制信号;0014其中,所述成形滤波包括0015A、对APSK映射后的每个符号进行单符号映射,将APSK映射后的符号中的每个符号分别分解映射为K个分解映射符号序列;0016B、对APSK映射后的符号分解映射后产生的分解映射符号序列进行叠加处理,依次输出成形滤波后的数据信号。0017较佳地,所述步骤1具体包括并行输入所述数字基带信号的数据比特流,并将所述数据比特流的每组数据比特分别映射为APSK星座图上的一个符号;随后对映射后的符号采用N倍采样速率进行采样,N为大于2的整数;采样后输。

17、出APSK映射的I路信号及Q路信号的符号序列。0018较佳地,所述成形滤波具体为每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N1个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射后的符号的成形滤波。0019较佳地,所述单符号映射具体为每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。0020较佳地,所述单符号映射的步骤包括将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列;说明书CN1041。

18、58781A3/7页60021其中,单符号映射表中的各数据值的计算过程为将每个符号的K个单个成形滤波抽头系数分别与该符号经APSK映射后的幅度级数值进行相乘,相乘后的K个乘积即为查找映射表中存储的分解映射值,该K个乘积值作为映射查找表的输出数据存入FPGA的RAM中,每个符号对应的数据比特序列即为该符号映射查找表的地址;0022其中,单个成形滤波抽头系数根据成形滤波的滤波函数进行预先计算,APSK映射后符号的幅度级数值也预先存储在RAM中。0023较佳地,所述叠加处理进一步包括所述N个符号分解映射后的分解映射符号序列分别进行相邻符号的两两相加,第一次两两相加的结果再进行相邻结果两两相加,以此类。

19、推,最终算出N个符号分解后的分解映射符号值的叠加结果;0024其中,叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第J1个符号的分解映射序列相比第J个符号的分解映射序列向后顺延N位后再相加,得到KN个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2N位再叠加,以此类推,直至N个符号的分解映射序列叠加完成;0025叠加结果的第1K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。0026较佳地,步骤2进一步包括0027采用与采样频率一致的频率产生正弦和余弦载波信号,并对正弦和余弦载波信号分别简化处理为正弦离散序列和余弦离散序列;所述I路信号与正弦离散序列相乘得到I路信号序列。

20、,所述Q路信号与余弦离散序列相乘得到Q路信号序列,所述I路信号序列与Q路信号序列相加后输出APSK正交载波调制信号。0028较佳地,所述简化处理具体为将所述正弦载波信号离散化为以0、1、0、1为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述正弦载波信号相同;将所述余弦载波信号离散化为以1、0、1、0为周期的离散数字序列,该离散数字序列周期与所述余弦载波信号相同。0029较佳地,对所述APSK正交载波调制信号进行D/A转换,得到APSK调制信号。0030本发明同时提供了一种基于FPGA的超高速APSK调制系统,包括一FPGA调制模块及数据输入模块,所述数据输入模块将数字基带信号输入所述FPGA调制。

21、模块,所述FPGA调制模块将数字基带信号进行APSK调制后输出APSK正交载波调制信号;0031所述FPGA调制模块包括APSK映射和成形滤波映射单元及正交调制单元;所述数字基带信号在APSK映射和成形滤波映射单元中进行APSK映射和成形滤波,APSK映射和成形滤波后输出的数据信号输入所述正交调制单元进行正交载波调制。0032较佳地,APSK映射和成形滤波单元包括APSK调制和成形滤波RAM以及流水线相加运算器;0033APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表及单符号映射表,输入的数字基带信号的数据比特在APSK调制和成形滤波RAM中进行APSK映射及单符号映射,APSK映射及单符。

22、号映射后的数据在流水线相加运算器中进行两两相加的叠加运算输出APSK映射和成形滤波的I路信号和Q路信号。0034较佳地,所述正交调制单元将APSK映射和成形滤波的I路信号与正弦离散序列相乘后得到I路信号序列,将APSK映射和成形滤波的Q路信号与余弦离散序列相乘后得到Q路信号序列,并将I路信号序列与Q路信号序列相加后输出所述APSK正交载波调制信号。说明书CN104158781A4/7页70035较佳地,还包括D/A转换模块,所述APSK正交载波调制信号输入所述D/A转换模块进行D/A转换后输出APSK调制信号。0036本发明采用新型的基于FPGA的超高速APSK调制方法及系统,全数字设计,并采。

23、用了并行数字的单符号映射多脉冲重叠相加的技术,解决了APSK调制由于幅度级数多,处理困难的问题,并大幅简化了调制和滤波方法。同时有效地消除或减少了APSK模拟调制实现的各种因素对系统性能的影响,其基于FPGA的数字调制方法简单,通用性强,硬件成本低,移植性强,全数字调制的EVM和幅相不平衡度等指标性能优异,并且该调制系统方便未来进行进一步的平台扩展、参数修改和系统功能升级等应用。附图说明0037图1为32APSK调制星座映射关系图;0038图2为本发明方法实施过程示意图;0039图3为本发明方法对应的调制系统示意图;0040图4为本发明实施例一中单符号映射后叠加运算的对应关系示意图。具体实施方。

24、式0041为更好地说明本发明,并结合优选实施例,并配合附图1、图2及图3对本发明作详细说明,具体如下0042如图2所示,为本发明方法实现过程示意图,对数据输入,本发明方法首先进行APSK映射和成形滤波APSK映射将输入的数据比特序列映射为APSK符号序列,并分为I路和Q路两路信号,对I路和Q路信号分别进行成形滤波,成形滤波采用平方根升余弦滤波器对应的函数对两路信号进行处理输出;随后对滤波处理后的I路和Q路信号进行正交调制正交调制过程中,对I路信号加载正弦载波,对Q路信号加载余弦载波,加载载波后的I路信号与Q路信号相加并输出,相加输出的信号经D/A转换后即为APSK调制输出信号。调制中各信号处理。

25、过程与FPGA调制模块的各组成部分相对应,FPGA调制模块及整个调制系统如图3所示,以下结合具体实施例对该基于FPGA的超高速APSK调制方法进行介绍。0043实施例一0044本实施例中采用32APSK星座图进行调制映射。0045步骤1APSK映射及成形滤波0046首先,并行输入数据并进行APSK映射。将输入FPGA的APSK映射模块的并行数据分为5比特一组,每组数据按照图1所示的星座图映射为该星座图上的一个符号,若干组数据即映射为若干个符号,32APSK映射后的符号的幅度有17级即I、Q支路的星座点各对应有17种不同的幅度值。APSK调制和成形滤波RAM存储有APSK星座映射表,将输入的数据。

26、比特按APSK星座映射表映射为符号即可。0047对数据比特序列映射后的符号序列进行采样,由于本发明调制采用数字方式,固采样频率必须满足大于2倍的奈奎斯特采样频率,为便于FPGA进行处理并适于高速调制,本实施例中采样速率为输入数据频率的4倍。进行APSK星座图映射及采样后的符号序列分为I路信号及Q路信号,这里的星座图映射和成形滤波映射在一个FPGA的RAM中进行映射处理。说明书CN104158781A5/7页80048其次,对APSK映射后的I路信号及Q路信号分别进行成形滤波。成形滤波具体为每次输入N个符号,对该N个符号进行单符号映射及叠加处理,处理后输出第一个符号成形滤波后的值,并再输入第N1。

27、个符号,对更新后的N个符号再次进行单符号映射及叠加处理,输出第二个符号成形滤波后的值,以此类推,直至完成所有APSK映射后的符号的成形滤波。0049上述I路信号及Q路信号分别输入一成形滤波的RAM,进行成形滤波,本实施例中采用平方根升余弦滤波函数进行成形滤波。该过程每次对星座图映射后的N个符号进行处理,成形滤波的具体过程为0050A、对APSK映射后的每个符号进行成形滤波的单符号映射。单符号映射具体为每个符号通过查找单符号映射表分解映射为一组长度为K的分解映射符号序列。将单符号映射表中的各数据值进行预先计算并存储在FPGA中;查找所述单符号映射表得到长度为K的分解映射符号序列。映射查找表预先储。

28、存在对应的RAM中,通过查找表映射以替代成形滤波中离散序列的相乘。0051单符号映射具体过程为对该N个符号,每个符号再分解映射后产生一组长度为K的映射符号序列K为滤波器抽头系数个数,也为滤波器长度,该映射过程通过查找预先存储在FPGA中的映射查找表完成。此处映射查找表根据APSK星座图的符号映射和单符号成形滤波器映射的关系进行计算。成形滤波时,每个符号映射为K个映射数据值,KN141,其中系数4即为采样频率的倍数,映射结果根据成形滤波公式1进行计算00520053其中,I为整数且1IK,HI为单个成形滤波抽头系数。成形滤波器抽头系数的时域表达式如式200540055其中R为滚降因子,一般取值范。

29、围0206,T为符号周期。也可在MATLAB中用平方根升余弦滤波函数BRCOSFIRR,N_T,RATE,T,SQRT求出HI的抽头系数值。0056通过式1依次求出每个符号经过APSK映射后的幅度级数值分别与该符号的各单个成形系数H1、H2、HN141的乘积作为RAM的存储映射值,每个符号的该K个乘积值作为映射查找表的输出数据存入FPGA的RAM中,每个符号的映射查找表地址即为该符号对应的数据比特序列。0057其中,32APSK映射星座中的符号的幅度级数值及成形滤波器映射系数值运算可用MATLAB等运算工具预先进行,将计算结果存储在FPGA中,供APSK映射及成形滤波使用。0058B、对于该N。

30、个符号,其分解映射后产生的符号序列进行叠加处理,输出成形滤波后的信号。0059具体为分解映射及乘积后产生的I、Q路数据分别输入两两相加的流水线相加运算器进行叠加处理,即第1个符号的第5个映射符号与第2个符号的第1个映射符号相加,第1个采样符号的第6个映射符号与第2个采样符号的第2个映射符号相加,以此类推直说明书CN104158781A6/7页9至叠加至第N个符号,至此完成第一层叠加共需个加法器;第一层叠加后的映射符号和再次进行两两相加,直至完成全部第一层全部叠加结果的叠加共需个加法器;随后进行第三层,第四层,依次类推,直至最终算出N个符号的分解映射符号序列对应的脉冲叠加结果值,叠加结果的第1K。

31、个值即为第1个符号成形滤波后的符号序列值。0060运算的对应关系如图4所示。0061至此完成成形滤波中求积后的求和运算。两两相加的结构适合FPGA进行数据处理,并且可以提高FPGA的时序同步能力。0062成形滤波过程中,K值大小即为影响该数字成形滤波通道性能的参数,每个符号分解映射的符号序列长度K值越大,则成形滤波性能越好,但数字处理过程的复杂度较高,本实施例中,K取21,相应的N值为6,即APSK调制和成形滤波RAM每次对6个符号进行成形滤波,分解映射并叠加处理后输出成形滤波后的一个符号,随后APSK映射符号序列再输入一个符号,再次对该组6个符号进行成形滤波,以此类推,依次完成所有APSK映。

32、射符号的成形滤波,并分别输出成形滤波后的I路信号和Q路信号。0063步骤2对APSK映射和成形滤波后的数据进行正交载波调制。0064正交载波调制在正交调制单元进行,模拟的APSK正交载波调制可由数学表达式SAPSKTIMSINCTQMCOSCT表达,本实施例中采用较适合高速调制的4倍整数采样频率产生载波信号。为方便FPGA硬件单元对数字信号加载载波,这里将普通载波调制的数控振荡器NCO产生的正弦波和余弦波载波信号进行数字化的简化处理,简化为每周期数值分别为0、1、0、1和1、0、1、0的离散数字循环序列。0065由于载波调制中的正弦和余弦载波离散序列每周期数值分别为0、1、0、1和1、0、1、。

33、0,I路和Q路信号分别正弦和余弦载波离散序列相乘,输出加载载波的I路信号序列与Q路信号序列,加载载波后I路信号序列与Q路信号序列进行相加运算输出正交载波调制信号。由于正弦波和余弦波信号正好正交,I、Q路对应位置的数据不重叠,所以I、Q路调制信号正交合路相加后对应的信号依次分别为Q1、I2、Q3、I4,循环输出,即可得到APSK正交载波调制信号,将APSK正交载波调制信号输入一D/A转换模块进行D/A转换后输出APSK调制信号,该APSK调制信号即为数字基带信号调制后的APSK中频信号。该方法简化了APSK的载波调制运算,减少了FPGA的程序资源占用率,便于进行高速并行处理APSK调制。0066。

34、采用此种基于FPGA的超高速APSK调制方法,即可以把成形滤波中的乘法运算转换为RAM中的离散序列映射,减少普通数字APSK调制中乘法器的资源占用,同时通过查找映射表替代成形滤波中的分解及乘积运算,每个分解映射符号序列后再分别进行叠加运算,避免了APSK调制因为映射后幅度级数多,以及多符号映射RAM存储资源占用大的问题,减少了存储器的资源占用率。0067实施例二0068本实施例除以下部分与实施例一有所区别外其余部分均与实施例一相同,不同部分具体为步骤1中,并行输入的数据若为M比特每组,则每组的M个比特数据映射为M阶APSK星座图上的一个符号,其中M2M。M阶APSK的星座图可以为均匀APSK星。

35、座映射图,也可以为非均匀APSK星座映射图。采样频率若选用大于2倍奈奎斯特采样频率的其他说明书CN104158781A7/7页10频率如为N倍采样频率,则叠加时依以下规则进行,第一层相邻符号的分解映射符号序列叠加时,第J1个符号的分解映射序列相比第J个符号的分解映射序列向后顺延N位后再相加,得到KN个值,第二层叠加时相邻两序列中的后一个序列向后顺延2N位再叠加,以此类推,直至N个符号的分解映射序列叠加完成。其中,KN1N1。0069叠加结果的第1K个值即为N个符号中的第1个符号成形滤波后的符号序列值。0070步骤2中,采样频率若选用大于2倍奈奎斯特采样频率的其他频率,则载波调制中的正弦和余弦载。

36、波信号的周期也做相应的调整,即周期大小根据采样频率有所改变,但其数字离散化的简化规则与实施例一相同,即正弦载波离散后仍为以0、1、0、1为周期循环的离散序列,余弦载波离散后仍为以1、0、1、0,1为周期循环的离散序列。对于N倍采样N为大于2的整数,则正弦和余弦载波信号每周期数值分别为其中K0N1,I、Q路成形滤波后的信号分别依次和简化后的正弦、余弦载波信号相乘,然后正交合路相加后即可直接输出已调制的APSK数字信号。0071综上所述,本发明由于使用了简化的APSK调制算法技术,可以使原来难以在超高速情况下实现的APSK调制,转换为非常简单的运算,并且易于实现并行高速同步。本发明具有电路简单、可扩展性强、容易实现的特点,并具有一定的通用性,可广泛应用于类似的高速数据通信系统中。0072以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,对本发明所做的变形或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。说明书CN104158781A101/4页11图1说明书附图CN104158781A112/4页12图2说明书附图CN104158781A123/4页13图3说明书附图CN104158781A134/4页14图4说明书附图CN104158781A14。

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