高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)及其在DSP上的設(shè)計實(shí)現(xiàn)

　　0 引 言

　　進(jìn)入2l世紀(jì)以來，隨著人類探索外太空活動的深入，深空探測正逐步成為航天活動的新熱點(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(dǎo)航系統(tǒng)精英中心(DESCANSO)。DESCANSO負(fù)責(zé)管理和促進(jìn)深空探測對通信和導(dǎo)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(biāo)志著我國深空探測的開始，也是未來進(jìn)行更遠(yuǎn)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。

　　隨著通信容量日益增加，射頻頻譜變得越來越擁擠，數(shù)據(jù)速率不斷增長，所用帶寬越來越寬，使得信道間的相互干擾相當(dāng)突出。在這種情況下，FQPSK——一種高帶寬效率數(shù)字調(diào)制方法應(yīng)運(yùn)而生。它具有調(diào)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(diào)制(TCM)技術(shù)，它是近年發(fā)展起來的一種解決通信系統(tǒng)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(diào)制的關(guān)鍵在于除了對數(shù)字信號進(jìn)行IJF編碼外，還在其后增加了一個交叉相關(guān)的運(yùn)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限雙碼元間隔升余弦脈沖，將基帶數(shù)字序列經(jīng)此脈沖成型后，再調(diào)制。因其不存在振蕩尾巴，從而消除了碼間干擾和定時抖動。

　　實(shí)現(xiàn)UF編碼的方法有脈沖疊加法、橫向濾波器法和非線性濾波器法等幾種。非線性濾波器法實(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(xiàn)時根據(jù)輸入的前一時刻和當(dāng)前時刻碼元關(guān)系來確定該時刻的編碼輸出：

　　IJF編碼結(jié)果如圖3所示。

　　1．2 互相關(guān)及DSP實(shí)現(xiàn)

　　經(jīng)IJF編碼輸出的波形有3 dB的包絡(luò)起伏，然后通過互相關(guān)來消除包絡(luò)起伏。具體相關(guān)過程是將I路和Q路的兩個碼元符號在每半個符號間隔內(nèi)進(jìn)行如下相關(guān)運(yùn)算：

　　(1)I路信號為零時，Q路信號為最大峰值。

　　(2)1路信號為非零時，Q路信號最大值衰減到A

　　(3)Q路信號為零時，I路信號為最大峰值。

　　(4)Q路信號為非零時，I路信號最大值衰減到A。

　　當(dāng)時，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，無法從原理上做到包絡(luò)恒定，而僅僅能達(dá)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。該芯片基于超長指令字的體系結(jié)構(gòu)，非常適合于高強(qiáng)度的數(shù)學(xué)運(yùn)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(xiàn)時，按文獻(xiàn)的方法先將8種波形數(shù)據(jù)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。