本發(fā)明涉及一種支持超采樣和可變符號率的基帶調(diào)制系統(tǒng)和方法，屬于數(shù)字信號傳輸。

背景技術(shù)：

1、隨著6g移動通信技術(shù)的研究逐步進(jìn)行，預(yù)計將支持極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，極端的連接密度，以及更低的延遲，將對基帶信號處理提出更高的挑戰(zhàn)，包括需要支持更寬的頻譜資源、更高的采樣率以及更為復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)技術(shù)。此外，由于6g將整合不同頻段的資源以實現(xiàn)全頻譜接入，這將要求基帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)能夠靈活適應(yīng)不同頻段的特性，并優(yōu)化信號的頻譜利用效率。

2、下面從數(shù)字邏輯結(jié)構(gòu)和可變符號速率信號處理方法兩方面介紹發(fā)明背景：

3、現(xiàn)有技術(shù)中，針對高于時鐘頻率的高采樣率的基帶調(diào)制系統(tǒng)，主要有以下幾種設(shè)計：

4、(1)在上位機軟件上的設(shè)計，根據(jù)調(diào)制信號的生成原理，以程序順序執(zhí)行即可，邏輯簡單、操作容易，但是因cpu計算速度和傳輸帶寬限制，信號的實時性不高；

5、(2)在fpga（現(xiàn)場可編程門陣列）上的數(shù)字邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用多路并行的方式，往往針對特定的某種調(diào)制類型進(jìn)行設(shè)計，如僅僅針對qpsk（正交相移鍵控）?調(diào)制的映射時將信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，然后以并行濾波的方式輸出，濾波前后信號均為并行，或僅僅針對fsk（frequency-shift?keying，頻移鍵控）調(diào)制時，采用多個并行的dds（直接數(shù)字式頻率合成器）生成iq信號，無法實時靈活的改變調(diào)制方式，無法實現(xiàn)靈活可變的符號率；

6、(3)空間高速光通信中采用基于多路并行dds的快跳頻信號發(fā)生器設(shè)計實現(xiàn)連續(xù)相位，從而滿足相干快跳頻體制中對跳頻信號載波相位嚴(yán)格連續(xù)的需求。這種技術(shù)可以在確保信號質(zhì)量的同時，提高無線通信系統(tǒng)的抗干擾能力，但是該系統(tǒng)嚴(yán)重依賴于相位同步的精度，設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

7、而現(xiàn)有基帶調(diào)制系統(tǒng)中的可變符號速率信號處理方法，主要有兩種：

8、(1)通過外部改變外部系統(tǒng)時鐘頻率的方式控制碼元產(chǎn)生的速率，需要專門的時鐘芯片，頻率的改變比較復(fù)雜，缺乏靈活性；

9、(2)改變插值因子(或插值倍數(shù))進(jìn)而改變符號率，此種方式需要與濾波器聯(lián)合設(shè)計，為減小碼元失真，其系數(shù)長度往往采用固定的截斷長度控制，會導(dǎo)致系數(shù)長度在符號率可變時不固定，無法直接使用濾波器的ip核實現(xiàn)，需要自設(shè)計濾波器，復(fù)雜度較高，在符號率過低時系數(shù)長度過大，實現(xiàn)時占用的bram（塊隨機存儲器）和dsp（數(shù)字信號處理器）資源過大，造成fpga資源使用過多，并不具有較高的實用性，而若是濾波器系數(shù)長度固定時，在串行比特信號生成時，比特率無法高于時鐘頻率，而在同一比特率下，不同的調(diào)制類型的符號率不同，因此，濾波器的系數(shù)設(shè)計需要結(jié)合符號率、比特率、調(diào)制類型三種情況去設(shè)計，較為復(fù)雜。

10、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中仍存在以下缺陷：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、符號率不可變、帶寬小。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種支持超采樣和可變符號率的基帶調(diào)制系統(tǒng)和方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中基帶調(diào)制過程中存在的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、符號率不可變和帶寬小的缺陷。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種支持超采樣和可變符號率的基帶調(diào)制系統(tǒng)，包括并行的調(diào)制一和調(diào)制二，輸入信號同時進(jìn)入調(diào)制一和調(diào)制二，調(diào)制一和調(diào)制二用于調(diào)制調(diào)制類型不同的信號；

4、調(diào)制一對輸入信號執(zhí)行的調(diào)制包括：將輸入信號轉(zhuǎn)化為平均能量為1的iq信號，對所述iq信號進(jìn)行插值升采樣，對所述iq信號進(jìn)行并行濾波得到第一并行iq信號，將所述第一并行iq信號轉(zhuǎn)為第一串行iq信號并輸出；

5、調(diào)制二對輸入信號執(zhí)行的調(diào)制包括：將輸入信號轉(zhuǎn)化為i信號，對所述i信號進(jìn)行插值升采樣，對所述i信號進(jìn)行串行濾波，基于輸入信號的頻偏和所述i信號生成不同頻率的第二并行iq信號，將所述第二并行iq信號轉(zhuǎn)為第二串行iq信號，對所述第二串行iq信號進(jìn)行共軛處理，對共軛結(jié)果選擇其一輸出；

6、基于預(yù)先獲取的輸入信號的調(diào)制類型從調(diào)制一和調(diào)制二的輸出信號中選擇和輸入信號的調(diào)制類型一致的輸出信號作為基帶調(diào)制系統(tǒng)的輸出信號并輸出。

7、進(jìn)一步的，所述輸入信號通過以下方法得到：

8、獲取 m序列，將所述 m序列輸入到線性反饋移位寄存器中，在一個時鐘周期內(nèi)對所述線性反饋移位寄存器移動 n位得到 n位寄存器，使得加法器對第 m個寄存器和第 d個寄存器的輸出進(jìn)行 n次計算，并將每次計算的結(jié)果賦予第1個寄存器，計算完成后寄存器并行輸出含有 n個比特的pn序列，所述pn序列為輸入信號；

9、 n為所述輸入信號的調(diào)制類型中符號含有的比特數(shù)量， n?≥1，且為整數(shù)， m為線性反饋移位寄存器的數(shù)量， d為 m對應(yīng)的多項式抽頭；

10、其中，在一個時鐘周期內(nèi)，所述將每次計算的結(jié)果賦予第1個寄存器通過以下公式完成：

11、 r( n: m-1)?= r(0: m- n-1)；

12、 a( n-1- n)?= r( d-1- n)?^ r( m-1- n)， n≤ d≤ m；

13、 r( n-1- n)?= a( n-1- n)；

14、其中， r( n: m-1)表示第 n+1個寄存器的輸出值 r( n)到第 m個寄存器的輸出值 r( m-1)， r(0: m- n-1)表示第1個寄存器的輸出值 r( 0)到第 m-n個寄存器的輸出值 r( m- n-1)， a( n-1- n)表示 r( d-1- n)和 r( m-1- n)的加法計算結(jié)果， r( d-1- n)表示第 d- n個寄存器的輸出值， r( m-1- n)表示第 m- n個寄存器的輸出值，^表示二進(jìn)制加法運算， r( n-1- n)表示第 n- n個寄存器的輸出值， n=0~ n-1， n為遞增為1的計數(shù)；

15、其中，在一個時鐘周期內(nèi)，輸出的含有 n個比特的pn序列為：

16、 y= r( m-1- n)；

17、其中， y表示pn序列。

18、進(jìn)一步的，所述將輸入信號轉(zhuǎn)化為平均能量為1的iq信號，通過符號映射與歸一化模塊完成，所述符號映射與歸一化模塊包括并行的2ask轉(zhuǎn)化模塊、bpsk轉(zhuǎn)化模塊、qpsk轉(zhuǎn)化模塊、8psk轉(zhuǎn)化模塊、16qam轉(zhuǎn)化模塊和32qam轉(zhuǎn)化模塊，以及連接在所有轉(zhuǎn)化模塊之后的第一信號選擇器；

19、所述2ask轉(zhuǎn)化模塊包括2ask符號映射和2ask位寬一致性，用于對調(diào)制類型為2ask的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化，所述bpsk轉(zhuǎn)化模塊包括bpsk符號映射和bpsk能量歸一化，用于對調(diào)制類型為bpsk的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化，所述qpsk轉(zhuǎn)化模塊包括qpsk符號映射和qpsk能量歸一化，用于對調(diào)制類型為qpsk的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化，所述8psk轉(zhuǎn)化模塊包括8psk符號映射和8psk能量歸一化，用于對調(diào)制類型為8psk的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化，所述16qam轉(zhuǎn)化模塊包括16qam符號映射和16qam能量歸一化，用于對調(diào)制類型為16qam的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化，所述32qam轉(zhuǎn)化模塊包括32qam符號映射和32qam能量歸一化，用于對調(diào)制類型為32qam的輸入信號進(jìn)行符號映射與歸一化；

20、所述第一信號選擇器在調(diào)制一中執(zhí)行的操作包括：所述第一信號選擇器從輸入到其中的信號中選擇出和輸入信號的調(diào)制類型一致的信號并輸出，得到平均能量為1的iq信號。

21、進(jìn)一步的，所述將輸入信號轉(zhuǎn)化為i信號，通過符號映射模塊實現(xiàn)，所述符號映射模塊包括并行的2fsk轉(zhuǎn)化模塊和4fsk轉(zhuǎn)化模塊，以及連接在所有轉(zhuǎn)化模塊之后的第二信號選擇器；

22、所述2fsk轉(zhuǎn)化模塊包括2fsk符號映射，用于對調(diào)制類型為2fsk的輸入信號進(jìn)行符號映射，所述4fsk轉(zhuǎn)化模塊包括4fsk符號映射，用于對調(diào)制類型為4fsk的輸入信號進(jìn)行符號映射；

23、所述第二信號選擇器在調(diào)制二中執(zhí)行的操作包括：所述第二信號選擇器從輸入到其中的信號中選擇出和輸入信號的調(diào)制類型一致的信號并輸出，得到i信號。

24、進(jìn)一步的，所述對所述iq信號進(jìn)行并行濾波得到第一并行iq信號，通過并行濾波模塊實現(xiàn)，所述并行濾波模塊包括串并轉(zhuǎn)換模塊、升余弦成形濾波器、根升余弦成形濾波器、高斯成形濾波器和第三信號選擇器；

25、所述升余弦成形濾波器、所述根升余弦成形濾波器和所述高斯成形濾波器為并行，前后分別連接所述串并轉(zhuǎn)換模塊和所述第三信號選擇器，所述串并轉(zhuǎn)換模塊還有一個接口直接連接所述第三信號選擇器；

26、所述第三信號選擇器在調(diào)制一中執(zhí)行的操作包括：所述第三信號選擇器從輸入到其中的信號中選擇出和輸入信號的濾波類型一致的信號并輸出，得到第一并行iq信號。

27、進(jìn)一步的，所述對所述i信號進(jìn)行串行濾波，通過串行濾波模塊實現(xiàn)，所述串行濾波模塊包括升余弦成形濾波器、根升余弦成形濾波器、高斯成形濾波器和第四信號選擇器；

28、所述升余弦成形濾波器、所述根升余弦成形濾波器和所述高斯成形濾波器為并行，且均連接所述第四信號選擇器，所述第四信號選擇器還有一個輸入端用于接收插值升采樣后的i信號；

29、所述第四信號選擇器在調(diào)制二中執(zhí)行的操作包括：所述第四信號選擇器從輸入到其中的信號中選擇出和輸入信號的濾波類型一致的信號并輸出。

30、進(jìn)一步的，所述基于輸入信號的頻偏和所述i信號生成不同頻率的第二并行iq信號，包括：

31、將所述i信號和輸入信號的頻偏相乘生成輸出頻率，生成相位遞增值，根據(jù)所述輸出頻率的絕對值計算頻率控制字，將所述相位遞增值和所述頻率控制字輸入到相位累加計數(shù)器中生成第二并行iq信號對應(yīng)的多路相位，基于所述輸出頻率和所述相位設(shè)置坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機，通過設(shè)置好的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算機生成多路并行的第二并行iq信號；

32、所述對共軛結(jié)果選擇其一輸出，包括：根據(jù)所述輸出頻率的正負(fù)選擇對應(yīng)的串行信號輸出。

33、進(jìn)一步的，所述輸入信號的比特率的表達(dá)式為：

34、 f b= nf b；

35、其中， f b是輸入信號的比特率， n是輸入信號的調(diào)制類型中符號含有的比特數(shù)量， f b是符號率；

36、所述符號率的取值范圍為：

37、若未采用濾波器進(jìn)行濾波，所述符號率的取值范圍為 f b≤ f clk/2， f clk是時鐘頻率；

38、若采用濾波器進(jìn)行濾波，所述符號率的取值范圍為， r是插值升采樣過程中的插值因子， l是濾波器的系數(shù)長度減一得到的值，[·]表示向下取整， p f表示信號濾波時的輸出并行數(shù)據(jù)量，在調(diào)制二中， p f?=?1。

39、進(jìn)一步的，所述并行濾波和所述串行濾波所用到的濾波器的系數(shù)組地址的表達(dá)式為：

40、 a e= c 2 c 3 m f+ c 3 m s+ m r；

41、其中， a e是第 e組濾波器系數(shù)組地址， c 2是符號率數(shù)量， c 3是滾降因子數(shù)量， m f表示有濾波器可選擇的 c 1種濾波器類型，步進(jìn)為1， m f=?0~ c1-1， m s表示有濾波器時可選擇的 c2種符號率，步進(jìn)為1， m s=?0~ c2-1， m r表示有濾波器時可選擇的 c3種滾降因子，步進(jìn)為1， m r=?0~ c3-1；

42、所有濾波器系數(shù)組地址均存儲在一個濾波器的ip核中，共有 c1 c2 c3種系數(shù)組地址，濾波器系數(shù)總長度為 c1 c2 c3( l+1)。

43、第二方面，本發(fā)明提供了一種支持超采樣和可變符號率的基帶調(diào)制方法，通過第一方面中任一項所述系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：

44、獲取輸入信號；

45、將所述輸入信號分別輸入到調(diào)制一和調(diào)制二中；

46、調(diào)制一對輸入信號執(zhí)行的調(diào)制包括：將輸入信號轉(zhuǎn)化為平均能量為1的iq信號，對所述iq信號進(jìn)行插值升采樣，對所述iq信號進(jìn)行并行濾波得到第一并行iq信號，將所述第一并行iq信號轉(zhuǎn)為第一串行iq信號并輸出；

47、調(diào)制二對輸入信號執(zhí)行的調(diào)制包括：將輸入信號轉(zhuǎn)化為i信號，對所述i信號進(jìn)行插值升采樣，對所述i信號進(jìn)行串行濾波，基于輸入信號的頻偏和所述i信號生成不同頻率的第二并行iq信號，將所述第二并行iq信號轉(zhuǎn)為第二串行iq信號，對所述第二串行iq信號進(jìn)行共軛處理，對共軛結(jié)果選擇其一輸出；

48、基于預(yù)先獲取的輸入信號的調(diào)制類型從調(diào)制一和調(diào)制二的輸出信號中選擇和輸入信號的調(diào)制類型一致的輸出信號作為基帶調(diào)制系統(tǒng)的輸出信號并輸出。

49、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

50、本發(fā)明提供的一種支持超采樣和可變符號率的基帶調(diào)制系統(tǒng)和方法，通過調(diào)制1/調(diào)制2的并行處理實現(xiàn)調(diào)制過程中采樣率是fpga用戶時鐘頻率的 m倍， m為并行數(shù)據(jù)量，超過了時鐘頻率，在保留相位連續(xù)的同時，可傳輸帶寬隨著采樣率的提高而增大，系統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)量 m可隨著設(shè)計需求改變，具有極大的靈活性；采用和現(xiàn)有技術(shù)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，生成大帶寬、符號速率可變的調(diào)制信號，能夠適應(yīng)快速變化的信號傳播環(huán)境；設(shè)計了調(diào)制1和調(diào)制2兩條調(diào)制路徑，能夠適用于nask（n進(jìn)制幅移鍵控）、npsk（n進(jìn)制相移鍵控）、nqam（n進(jìn)制正交振幅調(diào)制）、nfsk（n進(jìn)制頻移鍵控）等多種調(diào)制類型；在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計好之后，符號率可通過pc端的上位機直接調(diào)節(jié)，無需從設(shè)計底層修改代碼，使得系統(tǒng)具有可變符號率的功能。

51、通過并行的含有 n個比特的pn序列和計算出的符號率的具體數(shù)值范圍，共同支持了系統(tǒng)具有可變符號率的功能。

52、通過比特率的表達(dá)式可知，比特率在符號率較大時，能夠出現(xiàn)高于時鐘頻率的情況，支持了調(diào)制類型可變的同時符號率的范圍能夠具有一致性，同時支持符號率范圍計算時無需再考慮比特率的影響，以及支持濾波器系數(shù)組地址設(shè)計時只需要考慮符號率、濾波器類型、滾降因子的影響，不再額外考慮調(diào)制類型和比特率等條件，降低了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。