高效數字調制技術(shù)及其在DSP上的設計實(shí)現

　　0 引 言

　　進(jìn)入2l世紀以來(lái)，隨著(zhù)人類(lèi)探索外太空活動(dòng)的深入，深空探測正逐步成為航天活動(dòng)的新熱點(diǎn)。1998年，美國國家航空航天局(NASA)在加州理工學(xué)院的噴氣推進(jìn)實(shí)驗室(JPL)成立了深空通信和導航系統精英中心(DESCANSO)。DESCANSO負責管理和促進(jìn)深空探測對通信和導航技術(shù)需求的創(chuàng )新和改革。2007年我國探月工程計劃——嫦娥奔月的成功是中國走向深空探索的第一步，標志著(zhù)我國深空探測的開(kāi)始，也是未來(lái)進(jìn)行更遠深空探測的必然要求。因而對深空測控通信技術(shù)的研究就顯得非常重要。

　　隨著(zhù)通信容量日益增加，射頻頻譜變得越來(lái)越擁擠，數據速率不斷增長(cháng)，所用帶寬越來(lái)越寬，使得信道間的相互干擾相當突出。在這種情況下，FQPSK——一種高帶寬效率數字調制方法應運而生。它具有調制信號的頻帶集中，旁瓣滾降快，包絡(luò )恒定的特性。另外還介紹了網(wǎng)格編碼調制(TCM)技術(shù)，它是近年發(fā)展起來(lái)的一種解決通信系統有效性與可靠性的方案。它可以在不增加信號帶寬、不降低有效信息傳輸速率情況下，獲得明顯的編碼增益。因此特別適合在帶寬受限的信道中進(jìn)行信息傳輸。

　　1 FQPSK體制

　　FQPSK調制的關(guān)鍵在于除了對數字信號進(jìn)行IJF編碼外，還在其后增加了一個(gè)交叉相關(guān)的運算單元，以減少其包絡(luò )起伏。原理圖如圖1所示。

　　1．1 IJF編碼原理

　　所謂UF編碼就是采用一種新的基帶成型脈沖時(shí)限雙碼元間隔升余弦脈沖，將基帶數字序列經(jīng)此脈沖成型后，再調制。因其不存在振蕩尾巴，從而消除了碼間干擾和定時(shí)抖動(dòng)。

　　實(shí)現UF編碼的方法有脈沖疊加法、橫向濾波器法和非線(xiàn)性濾波器法等幾種。非線(xiàn)性濾波器法實(shí)質(zhì)上是一種分段合成UF波形的方法。成型后的UF編碼波形僅由以下4種波形合成：即±So和±Se，其中So，Se波形如圖2所示。

　　實(shí)現時(shí)根據輸入的前一時(shí)刻和當前時(shí)刻碼元關(guān)系來(lái)確定該時(shí)刻的編碼輸出：

　　IJF編碼結果如圖3所示。

　　1．2 互相關(guān)及DSP實(shí)現

　　經(jīng)IJF編碼輸出的波形有3 dB的包絡(luò )起伏，然后通過(guò)互相關(guān)來(lái)消除包絡(luò )起伏。具體相關(guān)過(guò)程是將I路和Q路的兩個(gè)碼元符號在每半個(gè)符號間隔內進(jìn)行如下相關(guān)運算：

　　(1)I路信號為零時(shí)，Q路信號為最大峰值。

　　(2)1路信號為非零時(shí)，Q路信號最大值衰減到A

　　(3)Q路信號為零時(shí)，I路信號為最大峰值。

　　(4)Q路信號為非零時(shí)，I路信號最大值衰減到A。

　　當時(shí)，其包絡(luò )起伏接近0 dB，這種使信號幅度包絡(luò )恒定的方法是一種人為的拼湊方法，無(wú)法從原理上做到包絡(luò )恒定，而僅僅能達到某種程度的近似的包絡(luò )恒定。

　　在工程實(shí)踐中，使用了TI公司的TMS320C6711芯片。該芯片基于超長(cháng)指令字的體系結構，非常適合于高強度的數學(xué)運算。C6711既能進(jìn)行定點(diǎn)處理也能進(jìn)行浮點(diǎn)處理。

　　在DSP實(shí)現時(shí)，按文獻的方法先將8種波形數據制表，然后進(jìn)行逐符號映射，計算波形編號，得到地址，尋址波形表，輸出波形。交叉相關(guān)后波形如圖4所示。