一種應用于基帶處理中的可重構調制解調方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種應用于基帶處理中的可重構調制解 調方法。
【背景技術】
[0002] 在半導體和超大規(guī)模集成電路技術的高速發(fā)展以及低功耗、低成本等各類消費 電子產品數(shù)據(jù)通信的強烈需求的推動下，人們不斷的研宄探索使得短距離無線通信技術 得到了快速提高。目前的短距離無線通信技術基本都針對特定的應用領域，主要包括 IEEE802. 15. UBluetooth 標準）、IEEE 802. Ilb(Wi-Fi)、IrDA(紅外線數(shù)據(jù)通信技術）、 UWB (超寬帶技術）和IEEE 8〇2· I5. 4b (ZigBee標準）等。
[0003] 短距離無線通信技術存在著多模多標準的現(xiàn)狀。同時以其發(fā)展方式來看，在現(xiàn)有 的多種標準下，還將會有新的標準按照各自的技術路線發(fā)展。而新的標準的出現(xiàn)意味著可 能需要達到不同的指標和性能或者不同的應用領域需要不同的設計方案。因此，面對于新 的標準就需要重新設計整個無線通信系統(tǒng)，同時不同的系統(tǒng)存在兼容、升級、自適應等各方 面的諸多難點。而且這種方式的開發(fā)周期長，開發(fā)成本高。因此，軟件無線電的概念應運而 生，其主要思想是以總線或者交換的方式，將一些功能化、模塊化的硬件單元連接成一個開 放式的通用化硬件平臺，并通過對可升級、可重新配置的應用軟件的加載實現(xiàn)各種無線通 信功能，如工作頻段、調制解調類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式和通信協(xié)議等。
[0004] 軟件無線電概念的提出，使得通過架構上的創(chuàng)新來提高系統(tǒng)性能與靈活性，己經 成為了當今通信技術的發(fā)展趨勢和研宄熱點?？芍貥嬏幚砑軜嬘捎谄涓咝?、靈活性的特點， 正受到了學術界與工業(yè)界越來越多的重視。它的架構特點，使其可以從根本上解決通信系 統(tǒng)多模多標準兼容的問題，滿足靈活性與高性能并存的需求，是一個非常有前瞻性與挑戰(zhàn) 性的課題。
[0005] 近十幾年來，學術界已經對可重構基帶處理器方面做了較為深入的研宄，并提 出了一系列解決多種標準協(xié)議兼容的調制映射方案，包括：新南威爾士大學（University of New South Wales)提出的MMO系統(tǒng)中的可重構發(fā)射方案，該方案以流水線形式 集成多個基帶協(xié)議的處理單元，可動態(tài)選擇各流水線處理單元執(zhí)行特定的基帶處理 功 能(Reconfigurable Pipelined Coprocessor for Multi-mode Communication Transmission, Design Automation Conference (DAC), 201350th ACM/EDAC/IEEE, 2013)； 印度理工學院（IIT Kharagpur)提出的高速下高吞吐量的基于可重構調制映射方案的 實現(xiàn)，包括的調制方式為 GMSK 和 QPSK(Design and implementation of a generalized parametrizable modulator for a reconfigurable radio， TENCON 2009-2009IEEE Region 10Conference，2009)。這些方案中雖然兼容了不同的協(xié)議標準，可以通過重新配置 的方式實現(xiàn)調制方式的轉換，但是單獨的調制映射方案只解決了發(fā)送信號的問題，對于如 何完整接收信號仍然需要多個解調系統(tǒng)，不利于通信系統(tǒng)的實現(xiàn)；另外，一些方案希望通過 分析基帶處理現(xiàn)實中所需要實現(xiàn)的處理算法，利用一些基本的顆粒單元，可以實現(xiàn)基帶處 理器的基本模塊的算法，雖然這種方案中可以比較靈活改變系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)基帶處理器的 可配置方式，但是配置內容復雜多變，考慮到的通信協(xié)議越多，配置內容將更加復雜，同時 在提高資源利用率的同時將會極大地增加互連線的復雜度。

【發(fā)明內容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種應用于基帶處理中 的可重構調制解調方法，通過在整個基帶處理器中采用可重構調制解調模塊化單元形成完 整的通信系統(tǒng)，兼容了通信技術中常用的調制解調模式且符合工程實現(xiàn)，降低了配置內容， 精簡了算法以及可重構單元互連線的復雜度，使之易于實現(xiàn)。
[0007] 技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的應用于基帶處理中的可重構調制解調 方法，包括以下步驟：
[0008] (1)發(fā)射機對處理器得到的指令進行指令譯碼，并根據(jù)處理器中預先設置的參數(shù) 確定調制方式和對應的調制參數(shù)，所述預先設置的參數(shù)包括傳輸碼率、調制解調方式、調制 頻偏、濾波器的參數(shù)配置；
[0009] (2)利用可重構調制模塊根據(jù)所確定的調制方式對處理器的串行比特數(shù)據(jù)ak進行 數(shù)據(jù)處理得到I/Q兩路基頻信號，所述數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預處理和波形整形；
[0010] (3)將所述I/Q兩路信號傳送至模數(shù)轉化器進行電信號的加載得到調制信號并發(fā) 射；
[0011] (4)接收機進行信號接收，模擬數(shù)據(jù)經過模數(shù)轉換得到Ι/Q兩路帶中頻的信號，根 據(jù)接收機側處理器指令譯碼的結果確定接收信號的調制方式和本機內預存的對應解調方 式；
[0012] (5)利用可重構解調模塊對所述帶中頻的信號濾除干擾信息還原出基帶處理器原 始的Ι/Q兩路基頻信號，利用相位差分的方式濾除Ι/Q兩路基頻信號中的相位誤差；
[0013] (6)對不同調制方式采用預先設置的差分間隔和不同閾值來進行解調的判決，最 終實現(xiàn)對整個數(shù)據(jù)流的解調。
[0014] 其中，為了精簡了算法以及可重構單元互連線的復雜度，本發(fā)明方法兼容四種調 制方式，分別為疋51(、]^1(、20?51(、〇0?51(。
[0015] 其中，根據(jù)四種調制方式的數(shù)據(jù)處理方式，步驟（2)中的可重構調制模塊包括以 下模塊化單元：
[0016] 可重構存儲運算單元，用于根據(jù)RAM存儲器存儲的信息和輸入信息以查表的方式 得到輸出結果，或根據(jù)處理器的指令重新配置RAM存儲器所存儲的信息來完成相應的運算 功能；
[0017] 可重構乘加運算單元，用于以Booth編碼算法為基礎實現(xiàn)補碼的乘法功能，并且 以Wallace Tree模式將Booth乘法器基本單元的結果加起來實現(xiàn)乘加功能；
[0018] 可重構累加運算單元，用于在調制過程中利用相位信息調制信號時進行疊加計 算；
[0019] 串并轉換單元，用于將一路的串行比特數(shù)據(jù)轉換為兩路信息；
[0020] 差分編碼單元，用于對數(shù)據(jù)信息進行差分編碼。
[0021] 其中，為了實現(xiàn)電路最大可能的節(jié)省資源，對上述四種調制方式的實現(xiàn)算法進行 了調整，步驟（2)中不同的調制方式對應不同的數(shù)據(jù)預處理方式，分別如下：FSK調制方式 所對應的數(shù)據(jù)預處理方式為將所述處理器的串行比特數(shù)據(jù)ak經過高頻時鐘進行過采樣得 到數(shù)據(jù)序列bk_ fsk;2DPSK調制方式所對應的數(shù)據(jù)預處理方式為將所述處理器的串行比特數(shù) 據(jù)ak經過差分編碼單元得到數(shù)據(jù)序列b k_2dpsk;MSK調制方式所對應的數(shù)據(jù)預處理方式為先 將所述處理器的串行比特數(shù)據(jù)a k經差分編碼單元，之后進入串并轉換單元，過采樣得到兩 路數(shù)據(jù)序列qkik和P k_k;QDPSK調制方式所對應的數(shù)據(jù)預處理方式為先將所述處理器的串 行比特數(shù)據(jù)a k經過串并轉換單元得到兩路數(shù)據(jù)序列a k__sk和b k__sk，再經過差分編碼單元 得到數(shù)據(jù)序列 Ck_qdpsk和 d k-qdpsk°
[0022] 步驟（2)中不同的調制方式對應不同的波形整形方式，各調制方式通過波形整形 生成I/Q兩路信號，分別如下：對于FSK調制方式，將序列b k_fsk通過可重構乘加運算單元以 及可重構累加運算單元利用頻率變化的相位角信息采用CORDIC算法，產生I/Q兩路信號； 對于MSK、2DPSK和QDPSK調制方式，經過可重構存儲運算單元實現(xiàn)半波整形，通過對過采樣 點數(shù)的分析，向可重構存儲運算單元內部RAM存儲周期為傳輸碼率周期2倍的正弦和余弦 信號，根據(jù)各自數(shù)據(jù)預處理之后得到的數(shù)據(jù)序列，通過查找表的方式得到I/Q兩路信號。
[0023] 其中，根據(jù)四種調制方式的數(shù)據(jù)處理方式，步驟（5)中的可重構解調模塊包括以 下模塊化單元：
[0024] 可重構存儲運算單元，用于根據(jù)RAM存儲器存儲的信息和輸入信息以查表的方式 得到輸出結果，或根據(jù)處理器的指令重新配置RAM存儲器所存儲的信息來完成相應的運算 功能；
[0025] 可重構乘加運算單元，用于以Booth編碼算法為基礎實現(xiàn)補碼的乘法功能，并且 以Wallace Tree模式將Booth乘法器基本單元的結果加起來實現(xiàn)乘加功能；
[0026] 可重構累加運算單元，用于在解調過程中利用相位信息和反饋信息解調信號時進 行疊加計算。
[0027] 其中，步驟（5)中還原基帶處理器原始的I/Q兩路基頻信號，包括以下步驟：
[0028] 利用與發(fā)射機一側相同的可重構乘加運算單元以及可重構累加運算單元實現(xiàn)的 CORDIC算法電路產生中頻信號cos (wet)、sin (wet)，再通過可重構乘加運算單元，實現(xiàn)和差 角公式的計算，濾除原始I/Q兩路信號中的中頻分量w。，并將所得信號經過低通濾波器；
[0029] 對于FSK、MSK調制方式，經過上述步驟得到發(fā)射機原始發(fā)射的I/Q兩路信號；對 于2DPSK與QDPSK調制方式，還需要利用可重構存儲運算單元以及和差公式去除基頻才能 得到發(fā)射機原始發(fā)射的I/Q兩路信號。
[0030] 其中，步驟（6)中各調制方式的閾值分別如下：FSK和MSK的閾值為0，2DPSK閾值 為 π/2, QDPSK 有 3 個閾值，分別為 π/4、3 π/4、5 π/4。
[0031] 有益效果：利用可重構的調制解調模塊，并設定不同調制方式在調制和解調過程 中的數(shù)據(jù)處理，在保證通信系統(tǒng)性能要求的前提下，采用合理的實現(xiàn)算法，兼容了 FSK、MSK、 2DPSK與QDPSK多種模式的調制解調方案，適應當今通信系統(tǒng)協(xié)議標準多變的現(xiàn)狀；由于采 用了可重構調制解調模塊，可以通過對指令的變換靈活來實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的重新配置，從 而實現(xiàn)無線通信調制解調中各個模塊的功能。相對于各種單獨的調制解調方式而言，算法 分析與仿真均可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能與之相當，可以達到通信系統(tǒng)的要求；相較于當前提出的可 重構調制映射方式，增加了系統(tǒng)的可重構解調模式，使通信系統(tǒng)的可重構模式實現(xiàn)更為完 整，可以應用于工程實現(xiàn)；相比于普通的多種可選擇的調制解調方式，可重構模式可以使得 系統(tǒng)提高資源利用率。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明方法的可重構調制流程圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明方法的可重構解調流程圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明方法中各調制解調方式在高斯信道下與理論值的誤比特性能比較 圖；
[0035] 圖4為本發(fā)明方法中各調制解調方式在調制頻偏存在的情況下與不加頻偏處理 的誤比特性能比較圖。
【具體實施方式】
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