专利名称：一种对不同调制信号的通用解调实现方法
技术领域：
本发明涉及通信信号处理领域，尤其涉及一种对不同调制信号的通用解调实现方 法。
背景技术：
随着现代通信技术的不断发展，不少接收机已经突破单一的频段和模式，从传统 的单信道、单频段、单模式向标准化的多信道、多波段、多模式系统发展，以满足在全部通信 频段、各种信道调制方式下的通信需求。目前常用的模拟和数字调制方式有AM、FM、PM、DSB、 SSB，ASK、FSK、PSK和QAM等，在常规方法中，每种调制信号都需要一个专门的硬件电路来解 调，如果要实现多信号的通用解调，则接收机会极其复杂、体积重量都很大，硬件资源消耗 也很大。一种常用的实现通用解调器的技术途径是利用FPGA芯片，采用数字式解调器，用 不同的算法实现载波跟踪、码元定时及信号解调。其主要做法是把这些不同算法的设计文 件经过编译后形成FPGA的位流文件存入计算机的存储器中，当需要使用某个解调算法时， 监控单元把该文件配置到FPGA中，以实现选用的解调方式。本发明所采用的方法，用同一 硬件电路对不同调制信号进行解调，且不需要每次更改FPGA配置文件，更加方便快捷。基于坐标旋转的计算机(C0RDIC)算法的基本思想是用一系列与运算基数相关的 角度不断偏摆从而逼近所旋转的角度，它可以把圆周旋转、直线旋转和双曲线旋转到同一 个C0RDIC迭代方程里，为同一硬件可编程器件实现多功能解调奠定基础，而且由于C0RDIC 算法将复杂的算术运算转化成了移位和加法运算，大大降低了硬件实现的复杂度，在非扩 展收敛域下，C0RDIC算法所能覆盖的角度范围为[-99.8°，+99.8° ]，而采用扩展收敛域 后，适用范围更广。
发明内容
本发明的目的是提供一种对不同调制信号的通用解调实现方法。对不同调制信号的通用解调实现方法的步骤如下1)从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋 转模式，生成两路正交的本地载波信号；2)将接收机端输出信号与两路正交的本地载波信号混频，生成两路带有信息的信 号；3)将两路带有信息的信号经过低通滤波器，滤除二次谐波分量，得到两路正交信 号；4)将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用 扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路正交 信号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值；5)根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信号的 解调信息。
所述的从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标 下旋转模式，生成两路正交的本地载波信号步骤为根据接收机端收到的信号载波信息，选取系统时钟频率f。lk和频率控制字W输入 到相位累加器，生成相位信息e，并输入到的直接数字频率合成模块Zin输入端，经采用扩 展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代后，在直接数字频率合成模块x。ut输出端 得到本地载波余弦信号，在直接数字频率合成模块y。ut输出端得到本地载波正弦信号。采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代公式为xJ+1 = xro jyj(l-2J_2)j 彡 0 时，yJ+1 = yj+ o jXj(1-2J_2)zJ+1 = Zj- o jtan-1 (1_2J"2)xJ+1 = xr o jyj2"Jj > 0 时，yJ+1 = Yj+ o jXj2-jzj+1 = Zj_ o jtanf其中，o j为本级运算控制字，Xj.yj.Zj为本级迭代器输入端，Xj+1、yj+1、zj+1为下一 级迭代器输入端，j = 0，0，0，1，2，. . . N-1为迭代序列。设初始值为xin = 1/K，yin = 0，zin= e，采用扩展收敛域后，尺度因子K = 3. 29352，最大收敛角度 0max = 3.3141。迭代输出值为x。ut= cos 0 , yout = sin 0 , zout = 0，即 0 = 2 ti fct, fc 即为本地 端载波频率。111;和f。的关系式为fc=^~W式中，fclk是系统时钟频率，W是频率控制字，N是W的位宽，fc是直接数字频率合 成的输出频率。所述的将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端， 采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路 正交信号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值 步骤为将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用扩 展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信 号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值。采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式迭代公式为xJ+1 = x厂 o jyj(l-2J_2)对于j ( 0 yJ+1 = yj+ o jXj (1-2J_2)zJ+1 = Zj- o jtan-1 (1_2J"2)xJ+1 = Xj- o jyj2-J对于j > 0 yJ+1 = yj+ o jXj2"jzJ+1 = Zj- o jtadd
6f-1, K >0式中，o"广-sgn(八)=\
I + 1，力 <0其中，o j为本级运算控制字，Xj.yj.Zj为本级迭代器输入端，Xj+1、yj+1、zj+1为下一 级迭代器输入端，j = 0，0，0，1，2，. . . N-1为迭代序列。初始值为xin = Xl(t)、yin = xQ(t)、zin = 0，xx (t)、xQ(t)为两路滤除二次谐波分 量后的正交信号，采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，最终迭代结果为xout =K」x〗(0 + x2Q(t)yout = 0
X0(t)zOM( = tan"]
xI(t) 其中，通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信号的平方根运算值，通用解调模块 zout输出端得到两路正交信号的反正切运算值。综合考虑尺度因子和收敛角度范围的折衷 办法，当我们选取迭代序列j = 0，0，0，1，2，...时，最大收敛角度为= tan"1 (2^) + 2tan'1 (2°) + ^；tan"1 (2"')^=00 3.3141
/=0
N _尺度因子为=+ )2 3.29352
N=co所述的根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信 号的解调信息的步骤为根据不同的调制信号，调幅AM信号由通用解调模块x。ut输出端信号减去平均直流 分量得到解调信息，抑制载波的双边带DSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调 信息，抑制载波单边带SSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调信息，调频FM信 号由通用解调模块z。ut输出端信号经差分后滤除直流分量得到解调信息，M进制振幅键控 MASK信号由通用解调模块z。ut输出端直接得到解调信息，M进制移频键控MFSK信号由通用 解调模块z。ut输出端信号差分后得到解调信息，M进制移相键控MPSK信号由通用解调模块 zout输出端直接得到解调信息，M进制正交振幅调制MQAM信号由通用解调模块x。ut输出端 信号滤波和通用解调模块z。ut输出端信号差分后联合求值得到解调信息。本发明与现有技术相比具有有益效果1)直接数字频率合成和通用解调模块共同构成本发明，且两者都采用扩展收敛域 的C0RDIC算法，综合考虑尺度因子，可使收敛角度扩大到3. 3141，根据需要选择合适的迭 代序列，收敛角度可以更大，这就使得无需对输入信号进行预先处理，扩展了适用范围。2)本发明采用正交化线性模型解调，这里仅列出八种常用解调方式，其他可使用 正交化方法解调的单载波调制方式都能使用本发明进行解调，且不需要增加额外硬件电 路，通用性强。3)本发明对部分调制信号的频偏不敏感，即使接收端本地载波存在频偏，仍能有 效地进行解调，具有良好的抗载频失配特性。4)本发明解调精度跟迭代次数有关，增加迭代次数可以提高运算精度，当数据位 宽为带符号12比特时，可表示为-4096 4095，当数据位宽为带符号16比特时，可表示为-32768 32767。而采用C0RDIC算法流水线结构可进一步提高运算速度。5)由于C0RDIC算法将复杂的算术运算转化成了移位和加法运算，可以大大降低 硬件实现的复杂度且易于实现，同时本发明将多种解调方式集成在同一个硬件模块中，灵 活性强，通用性能突出。
图1是对不同调制信号的通用解调实现方法原理2是直接数字频率合成结构框3是采用C0RDIC算法实现直接数字频率合成原理4是C0RDIC算法一级迭代结构5是采用扩展收敛域C0RDIC算法实现直接数字频率合成迭代结构6是采用扩展收敛域C0RDIC算法实现通用解调模块迭代结构图
具体实施例方式对不同调制信号的通用解调实现方法的步骤如下1)从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋 转模式，生成两路正交的本地载波信号；2)将接收机端输出信号与两路正交的本地载波信号混频，生成两路带有信息的信 号；3)将两路带有信息的信号经过低通滤波器，滤除二次谐波分量，得到两路正交信 号；4)将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用 扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路正交 信号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值；5)根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信号的 解调信息。所述的从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标 下旋转模式，生成两路正交的本地载波信号步骤为根据接收机端收到的信号载波信息，选取系统时钟频率f。lk和频率控制字W输入 到相位累加器，生成相位信息e，并输入到的直接数字频率合成模块Zin输入端，经采用扩 展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代后，在直接数字频率合成模块x。ut输出端 得到本地载波余弦信号，在直接数字频率合成模块y。ut输出端得到本地载波正弦信号。采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代公式为xJ+1 = x厂 o jyj(l-2J_2)j 彡 0 时，yJ+1 = yj+ o jXj (1_2J_2)zJ+1 = Zj- o jtarT1 (1_2J"2)xJ+1 = Xj- o jyj2-Jj > 0 时，yJ+1 = yj+o jXj2-jzJ+1 = Zj- o jtadd
81, z, >0式中，ex二 sgn(z ) = j其中，o j为本级运算控制字，Xj.yj.Zj为本级迭代器输入端，Xj+1、yj+1、zj+1为下一 级迭代器输入端，j = 0，0，0，1，2，. . . N-1为迭代序列。设初始值为Xin= 1/K，yin = 0，zin= e，采用扩展收敛域后，尺度因子K = 3. 29352，最大收敛角度 0max = 3.3141。迭代输出值为x。ut= cos 0 , yout = sin 0 , zout = 0，即 0 = 2 Ji fct, fc 即为本地 端载波频率。111;和f。的关系式为fc=^W式中，fclk是系统时钟频率，W是频率控制字，N是W的位宽，fc是直接数字频率合 成的输出频率。所述的将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端， 采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路 正交信号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值 步骤为将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用扩 展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信 号的平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值。采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式迭代公式为xJ+1 = Xj-o jyj(l-2J"2)对于j ( 0 yJ+1 = yj+ o jXj (1_2J_2)zJ+1 = Zj- o jtarT1 (1_2J"2)xJ+1 = Xj- o jyj2-J对于j > 0 yJ+1 = yj+ o jXj2"jzJ+1 = Zj- o jtadd其中，o j为本级运算控制字，Xj.yj.Zj为本级迭代器输入端，Xj+1、yj+1、zj+1为下一 级迭代器输入端，j =0,0,0,1,2,...N-1为迭代序列。初始值为xin = Xl(t)、yin = xQ(t)、zin = 0，xx (t)、xQ(t)为两路滤除二次谐波分 量后的正交信号，采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，最终迭代结果为xmt =K^xj(t) + x2Q(t)yout = 0
‘‘x0 (t)zout = tan"]
Xj(t)其中，通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信号的平方根运算值，通用解调模块 zout输出端得到两路正交信号的反正切运算值。综合考虑尺度因子和收敛角度范围的折衷
一 1， yj>0 +1’ yj < o办法，当我们选取迭代序列j =0,0,0,1,2,...时，最大收敛角度为
0腿=K|w=m = tan-1(2";v) + 2tan"1 (2°) + J；tan"1 (2"') 3.3141
尺度因子为 JCc =V2-V2-nVl + (2"')2
3.29352
1=0
所述的根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信 号的解调信息的步骤为 根据不同的调制信号，调幅AM信号由通用解调模块x。ut输出端信号减去平均直流 分量得到解调信息，抑制载波的双边带DSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调 信息，抑制载波单边带SSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调信息，调频FM信 号由通用解调模块z。ut输出端信号经差分后滤除直流分量得到解调信息，M进制振幅键控 MASK信号由通用解调模块z。ut输出端直接得到解调信息，M进制移频键控MFSK信号由通用 解调模块z。ut输出端信号差分后得到解调信息，M进制移相键控MPSK信号由通用解调模块 zout输出端直接得到解调信息，M进制正交振幅调制MQAM信号由通用解调模块x。ut输出端 信号滤波和通用解调模块z-输出端信号差分后联合求值得到解调信息。具体分析为
0099](1)调幅AM信号解调
0100]设AM 调制信号为 s(t) = [l+Qm(t)]cos2 3ifct
0101]式中Q为调幅系数，m(t)为调制信息，fc为载波频率。假设接收端本地载波有一 个频差为f。+ A f,经过直接频率合成后两路本地正交载频与接收信号混频后可得
0102]x7 (0 二 [1 + Qm(t)] cos 27rfct * cos(2^-(/c + A/)0
0103]= ++ Af)t + cos(2M/r)]
0104](0 = [1 + Qm(t)] cos 27fct * sin(2^(/c + A/>)
0105]= —+ ⑴][sin(2^-(2 fc + Af)t + sin(2^A/ )]
0106]滤除二次谐波并整理后可得
0107]I = [l+Qm(t)]cos2 Aft,
0108]Q = [1+Qm(t)]sin2 Aft,
0109]经通用解调模块做平方根运算得
0110]Sm (0 = V/2 + S2 =V(1 + Qm{t)f cos2 27rAft + (1 + Qm{t)f sin2 IjtNft
0111]=\ + Qm{t)
0112]调制信号m(t)由1+Qm(t)减去平均直流分量1或直接将1+Qm(t)滤去直流得到。
0113](2)抑制载波的双边带DSB信号解调
0114]设DSB调制信号的时域表达式为
0115]sDBS(t) = m(t) cos co ct
0116]其中m(t)是调制信息，《。是载波频率。假设在接收机端本地载波有一个频差，与 直接频率合成两路本地载波正交信号混频后，可得 X； (t) = sDBS (t) * cos(oc + Ad))t = ~m{t)[cos(2coc + Aco)t + cos(A V]
权利要求
一种对不同调制信号的通用解调实现方法，其特征在于它的步骤如下1)从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域CORDIC算法的圆周坐标下旋转模式，生成两路正交的本地载波信号；2)将接收机端输出信号与两路正交的本地载波信号混频，生成两路带有信息的信号；3)将两路带有信息的信号经过低通滤波器，滤除二次谐波分量，得到两路正交信号；4)将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用扩展收敛域CORDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块xout输出端得到两路正交信号的平方根运算值，在通用解调模块zout输出端得到两路正交信号的反正切运算值；5)根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信号的解调信息。
2.根据权利要求1所述的一种对不同调制信号的通用解调实现方法，其特征在于所述 的从接收机端获取信号载波信息，利用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式，生 成两路正交的本地载波信号步骤为根据接收机端收到的信号载波信息，选取系统时钟频率f。lk和频率控制字W输入到相 位累加器，生成相位信息e，并输入到的直接数字频率合成模块Zin输入端，经采用扩展收 敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代后，在直接数字频率合成模块x。ut输出端得到 本地载波余弦信号，在直接数字频率合成模块y。ut输出端得到本地载波正弦信号。采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下旋转模式迭代公式为xJ+1 = x厂 0仏.(1-2竹) zJ+1 = Zj-o j.tanH)xJ+I = xJ- 0 jyfj > 0 时，yJ+1 = Yj+ o jXj2-J zJ+1 = Zj- o jtan-^^fl, zj>0式中， =Sgn(W = i—^其中，o」为本级运算控制字，yj, Zj为本级迭代器输入端，xJ+1, yj+1、zJ+1为下一级 迭代器输入端，j = 0，0，0，1，2，. . . N-1为迭代序列。设初始值为xin = 1/K，yin = 0,zin = 0，采用扩展收敛域后，尺度因子K = 3. 29352， 最大收敛角度= 3.3141。迭代输出值为x。ut = cos 0 , yout = sine , zout = 0，即e = 2 Ji fct, fc即为本地端载 波频率。f。lk*f。的关系式为式中，fclk是系统时钟频率，w是频率控制字，N是W的位宽，fc是直接数字频率合成的 输出频率。
3.根据权利要求1所述的一种对不同调制信号的通用解调实现方法，其特征在于所述 的将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x-输出端得到两路正交信号的平 方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值步骤为将两路正交信号输入通用解调模块xin输入端和通用解调模块yin输入端，采用扩展收 敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，在通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信号的 平方根运算值，在通用解调模块z。ut输出端得到两路正交信号的反正切运算值。 采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式迭代公式为xJ+1 = x厂 0仏.(1-2竹) )j_2〉对于 j 彡 o yJ+i = Yj+o jXjd-2^2) zj+l=z 厂 0 itanH)xJ+I = xJ- 0 jyf 对于 j > 0 yJ+1 = yj+ o jXj 2_ Zj+i = zj_ o jtan_12"式中，cry = —= _f-1，力 <o其中，o j为本级运算控制字，XJ.YJ.ZJ为本级迭代器输入端，xJ+1,yJ+1,zJ+1为下一级迭 代器输入端，j = 0，0，0，1，2，. . . N-1为迭代序列。初始值为xin = Xl(t)、yin = xQ(t)、zin = 0，Xl(t)、xQ(t)为两路滤除二次谐波分量后 的正交信号，采用扩展收敛域C0RDIC算法的圆周坐标下向量模式，最终迭代结果为xout = K^jx^(t) + x2g(t)Yout = 0z0ut = tan"[Xr(t)其中，通用解调模块x。ut输出端得到两路正交信号的平方根运算值，通用解调模块z。ut 输出端得到两路正交信号的反正切运算值。综合考虑尺度因子和收敛角度范围的折衷办 法，当我们选取迭代序列j =0,0,0,1,2,...时，最大收敛角度为L =|么= tan-1(2^) + 2tan-1(2°) + Xtan-1(2")|w=o0 3.3141/=0尺度因子为Kc =V2-V2-nVl + (2-')2/=0 3.29352N=<x>
4.根据权利要求1所述的一种对不同调制信号的通用解调实现方法，其特征在于所述 的根据不同调制信号，对平方根运算值滤波或对反正切运算值差分，得到信号的解调信息 的步骤为根据不同的调制信号，调幅AM信号由通用解调模块x。ut输出端信号减去平均直流分量 得到解调信息，抑制载波的双边带DSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调信息， 抑制载波单边带SSB信号由通用解调模块x。ut输出端直接得到解调信息，调频FM信号由通 用解调模块z。ut输出端信号经差分后滤除直流分量得到解调信息，M进制振幅键控MASK信 号由通用解调模块z。ut输出端直接得到解调信息，M进制移频键控MFSK信号由通用解调模 块z。ut输出端信号差分后得到解调信息，M进制移相键控MPSK信号由通用解调模块z。ut输出端直接得到解调信息，M进制正交振幅调制MQAM信号由通用解调模块x。ut输出端信号滤 波和通用解调模块z。ut输出端信号差分后联合求值得到解调信息。
全文摘要
本发明公开了一种对不同调制信号的通用解调实现方法。先采用直接数字频率合成方法，通过扩展收敛域的CORDIC算法中圆周坐标下旋转模式，产生两路本地正交载波信号，与接收机端输出信号合成同向支路数据xI(t)和正交支路数据xQ(t)，再经过低通滤波器，滤除二次谐波分量，然后将两路信号输入到扩展收敛域CORDIC算法圆周坐标下向量模式的通用解调模块，根据不同的调制方式选择平方根运算值或反正切运算值经过滤波或差分，得到解调信息。本发明将多种解调方式集成在同一硬件中，灵活性强，通用性能突出，同时将复杂的算术运算转化成了移位和加法运算，可以大大降低硬件实现的复杂度，且具有较好的抗载频失配特性。
文档编号H04L27/32GK101977176SQ20101050451
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者李式巨, 李芸, 杨杰, 王安定, 王曰海, 高明 申请人:浙江大学