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连续相位调制的格状编码调制技术（TCM-CPM）算法研究及实现

作　者: 许婧
导　师: 陈文正；赵民建
学　校: 浙江大学
专　业: 通信与信息工程
关键词: 网格编码调制(TCM) Ungerboeck码窄带高速无线通信系统 CPM 最大似然序列检测算法旋转不变 FPGA 软判决译码器多模式TCM-CPM系统
分类号: TN761
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着无线通信的发展，由于语音、视频等大量数据的传输需求，涌现出越来越多的高速通信系统。通常情况下，我们可以通过牺牲更多的带宽来换取更高的传输速率，但不幸的是，随着可用频带资源的减少，带宽成为制约无线通信发展的另一个关键问题。因此，我们需要综合考虑传输信息的有效性和可靠性，设计在有限频带内高效传输的通信系统。在实际的通信系统中，我们必须根据通信环境，综合考虑纠错编码和调制所带来的利弊而进行系统设计。网格编码调制(TCM)就是其中的技术之一，它首先由Ungerboeck提出。TCM将编码和调制联合设计，相对传统的未编码多级调制，在没有扩展带宽的前提下，通过扩大多级电平相位的信号集合，获得显著的编码增益。随着技术的不断成熟，TCM技术被广泛应用于带限系统的数据传输中。同时，对于需要较大发送功率来对抗存在各种多径、衰落的无线通信信道以及窄带通信系统，频带资源更为有限，需要更为严格的限带，仅仅通过无记忆的格状编码调制方式。无法达到要求。因此在本文第三章，引入连续相位调制技术(CPM)来结合TCM技术从而进一步提高频带的利用率，达到效率和可靠性的最优结合，这一技术为窄带高速无线通信系统提供了有效的解决方案，为远距离无线通信系统提供了新的发展方向。在接下来的第四章，本文针对在相干解调系统和非相干解调系统中的不同情况，对TCM-CPM的编码调制解调系统作了详细的码型设计及其相应检测端的最大似然序列检测算法的实现，并分析比较了这两种系统性能差异及其原因。其中在相干解调系统中，还加入克服相位模糊的旋转不变码的设计，力求保证在实际的通信系统存在相位模糊的情形下可靠工作。在AWGN下。本文仿真了不同参数下的TCM-8CPM和TCM-4CPM的浮点性能曲线并对此做出了性能比较。在文中的第五章，针对具体军用短波高速电台的应用需求，介绍了多模式TCM-CPM系统的硬件设计与基于FPGA的具体实现。首先给出了单一模式TCM-8CPM编码调制器和软判决译码器的基本结构，详细设计了编译器的硬件逻辑结构，其中涉及到查找表、流水线，资源复用等硬件实现技巧，然后在此基础上，构建了多模式系统，最后给出编译码的实现与仿真综合结果。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-15
  1.1 数字通信系统概述  6-11
    1.1.1 数字通信系统的发展  6-7
    1.1.2 数字通信系统基本模型  7-8
    1.1.3 差错控制系统  8-10
    1.1.4 调制解调技术  10-11
    1.1.5 通信系统的性能衡量参数  11
  1.2 格状编码调制技术(TCM)的概述  11-12
  1.3 连续相位调制技术(CPM)的概述  12-13
  1.4 本文的主要工作  13-15
第二章格状编码调制TCM  15-27
  2.1 TCM基本结构与编码原理  15-24
    2.1.1 TCM结构模型  15-17
    2.1.2 TCM的信号分集  17-19
    2.1.3 TCM最优码的网格构造  19-21
    2.1.4 TCM最优码的码型构造  21-24
  2.2 TCM技术的发展  24-25
  2.3 无记忆TCM系统向有记忆TCM系统的过渡  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章连续相位调制的格状编码调制  27-38
  3.1 连续相位调制方式(CPM)  27-32
    3.1.1 CPM方式的基本结构模型  27-30
    3.1.2 CPM系统时不变网格的构造  30-32
  3.2 CPM格状编码调制系统(TCM-CPM)的建立  32-37
    3.2.1 TCM-CPM系统的提出  32
    3.2.2 全响应CPM的CPE与CE有效结合  32-34
    3.2.3 TCM-CPM系统的码型设计  34-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章 TCM-CPM的码型设计及性能仿真  38-64
  4.1 相干解调系统TCM-CPM的设计  38-49
    4.1.1 相干解调的算法的基本理论  38-39
    4.1.2 TCM-CPM系统相干算法的参数设定  39-42
    4.1.3 设计实现模块组成  42-44
    4.1.4 性能分析  44-49
  4.2 旋转不变的相干解调算法  49-56
    4.2.1 问题的提出  50
    4.2.2 45度旋转不变的编码调制系统  50-51
    4.2.3 旋转不变的TCM-CPM系统的构造  51-55
    4.2.4 性能分析  55-56
  4.3 非相干解调系统的TCM-CPM设计  56-63
    4.3.1 非相干检测算法的基础理论  57-58
    4.3.2 非相干算法(一)  58-62
      4.3.2.1 具体模型及算法分析  58-60
      4.3.2.2 算法的仿真实现及性能分析  60-62
    4.3.3 非相干算法(二)  62-63
      4.3.3.1 具体模型及算法分析  62
      4.3.3.2 算法的仿真实现及性能分析  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章多模式TCM编译码的FPGA实现  64-82
  5.1 FPGA及硬件实现设计流程简介  64-65
    5.1.1 FPGA的设计特点  64-65
    5.1.2 硬件设计流程简介  65
  5.2 多模式TCM-CPM编码调制解调器的实现要求  65-67
  5.3 多模式TCM-CPM编码调制解调器的实现要求  67-81
    5.3.1 TCM-8CPM编码调制模块的实现  67-69
    5.3.2 TCM-8CPM检测模块的实现  69-74
      5.3.2.1 顶层设计框图  69-70
      5.3.2.2 Metrical模块设计  70-71
      5.3.2.3 ACS模块设计  71-72
      5.3.2.4 update/traceback模块设计  72-73
      5.3.2.5 VitDetCtrl模块设计  73-74
      5.3.2.6 设计的整体框图  74
    5.3.3 功能仿真与综合  74-76
    5.3.4 多模式TCM-CPM编码调制解调器的具体实现  76-81
      5.3.4.1 模块设计  76-80
      5.3.4.2 功能仿真与综合  80-81
  5.4 本章小结  81-82
结束语  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-85

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