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目前,国际遥测组织IRIG(Inter-Range InstrumentationGroup)的106标准针对航天遥测环境的空间传播衰落大、频谱资源不足、码率较高、功率受限等问题,推出了新一代遥测调制信号体制。基于空时编码的成型偏置正交相移键控SOQPSK(Shaped Offset QuadraturePhase-Shift Keying)调制是一种连续相位调制,其具有较高的频谱利用率和功率利用率,能克服飞行器在遥测中提供全向辐射所带来的双天线问题,在新一代航天遥测系统中十分重要。IRIG106标准中采用专门的频率成型函数的SOQPSK信号,称为SOQPSK-TG信号。论文围绕SOQPSK-TG信号展开,重点研究了低复杂度的调制器与解调器的基带处理算法。主要研究内容如下:
(1)设计了空时编码SOQPSK-TG信号调制器基带方案,并在FPGA和AD9361的硬件平台上实现了该调制器。该调制器输出基带信号的时域波形和射频信号频谱都满足标准信号的要求,说明调制器设计方案的正确性。
(2)针对最大似然序列检测解调算法计算量较大等问题,研究了三种改进的低复杂度的解调算法,包括基于截断的PAM分解次优解调算法、基于脉冲截断的四状态解调算法、基于判决反馈的二状态解调算法。其中,基于截断的PAM分解次优解调算法是在PAM分解次优的基础上截断脉冲函数来减少匹配滤波器的计算;基于脉冲截断的四状态解调算法是通过截断相位脉冲成型函数来减少匹配滤波器个数;基于判决反馈的二状态解调算法是在四状态算法基础上,利用反馈判决减少每个检测时间内所用的匹配滤波器个数。仿真分析和硬件复杂度分析结果表明,三种方法均能有效降低解调复杂度。其中,基于判决反馈的二状态解调算法的复杂度最低;而基于脉冲截断的四状态算法性能最佳。
(3)针对空时编码SOQPSK-TG信号的低复杂度解调需求,提出了基于四状态的积分算法和基于截断PAM分解次优的分层解调算法。前者,在脉冲截断的四状态解调算法基础上,将分支度量进行积分再进行回溯判决,利用空时编码有效地改善解调性能;后者在基于截断的PAM分解次优解调算法基础上,将分支度量分层累加再进行回溯判决。仿真结果表明,前者不仅算法复杂度略低,而且有约0.5dB的性能增益。通过在AWGN信道和瑞利衰落信道环境下对解调性能仿真发现,在功率比为25dB范围内,两根天线功率分配比越大,解调性能越好。
(1)设计了空时编码SOQPSK-TG信号调制器基带方案,并在FPGA和AD9361的硬件平台上实现了该调制器。该调制器输出基带信号的时域波形和射频信号频谱都满足标准信号的要求,说明调制器设计方案的正确性。
(2)针对最大似然序列检测解调算法计算量较大等问题,研究了三种改进的低复杂度的解调算法,包括基于截断的PAM分解次优解调算法、基于脉冲截断的四状态解调算法、基于判决反馈的二状态解调算法。其中,基于截断的PAM分解次优解调算法是在PAM分解次优的基础上截断脉冲函数来减少匹配滤波器的计算;基于脉冲截断的四状态解调算法是通过截断相位脉冲成型函数来减少匹配滤波器个数;基于判决反馈的二状态解调算法是在四状态算法基础上,利用反馈判决减少每个检测时间内所用的匹配滤波器个数。仿真分析和硬件复杂度分析结果表明,三种方法均能有效降低解调复杂度。其中,基于判决反馈的二状态解调算法的复杂度最低;而基于脉冲截断的四状态算法性能最佳。
(3)针对空时编码SOQPSK-TG信号的低复杂度解调需求,提出了基于四状态的积分算法和基于截断PAM分解次优的分层解调算法。前者,在脉冲截断的四状态解调算法基础上,将分支度量进行积分再进行回溯判决,利用空时编码有效地改善解调性能;后者在基于截断的PAM分解次优解调算法基础上,将分支度量分层累加再进行回溯判决。仿真结果表明,前者不仅算法复杂度略低,而且有约0.5dB的性能增益。通过在AWGN信道和瑞利衰落信道环境下对解调性能仿真发现,在功率比为25dB范围内,两根天线功率分配比越大,解调性能越好。