一種應(yīng)用于基帶處理中的可重構(gòu)調(diào)制解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于基帶處理中的可重構(gòu)調(diào)制解 調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在半導(dǎo)體和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的高速發(fā)展以及低功耗、低成本等各類(lèi)消費(fèi) 電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)通信的強(qiáng)烈需求的推動(dòng)下，人們不斷的研宄探索使得短距離無(wú)線通信技術(shù) 得到了快速提高。目前的短距離無(wú)線通信技術(shù)基本都針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括 IEEE802. 15. UBluetooth 標(biāo)準(zhǔn)）、IEEE 802. Ilb(Wi-Fi)、IrDA(紅外線數(shù)據(jù)通信技術(shù)）、 UWB (超寬帶技術(shù)）和IEEE 8〇2· I5. 4b (ZigBee標(biāo)準(zhǔn)）等。
[0003] 短距離無(wú)線通信技術(shù)存在著多模多標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀。同時(shí)以其發(fā)展方式來(lái)看，在現(xiàn)有 的多種標(biāo)準(zhǔn)下，還將會(huì)有新的標(biāo)準(zhǔn)按照各自的技術(shù)路線發(fā)展。而新的標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)意味著可 能需要達(dá)到不同的指標(biāo)和性能或者不同的應(yīng)用領(lǐng)域需要不同的設(shè)計(jì)方案。因此，面對(duì)于新 的標(biāo)準(zhǔn)就需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)，同時(shí)不同的系統(tǒng)存在兼容、升級(jí)、自適應(yīng)等各方 面的諸多難點(diǎn)。而且這種方式的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本高。因此，軟件無(wú)線電的概念應(yīng)運(yùn)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(gè)開(kāi) 放式的通用化硬件平臺(tái)，并通過(guò)對(duì)可升級(jí)、可重新配置的應(yīng)用軟件的加載實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線通 信功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類(lèi)型、數(shù)據(jù)格式、加密模式和通信協(xié)議等。
[0004] 軟件無(wú)線電概念的提出，使得通過(guò)架構(gòu)上的創(chuàng)新來(lái)提高系統(tǒng)性能與靈活性，己經(jīng) 成為了當(dāng)今通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和研宄熱點(diǎn)。可重構(gòu)處理架構(gòu)由于其高效、靈活性的特點(diǎn)， 正受到了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界越來(lái)越多的重視。它的架構(gòu)特點(diǎn)，使其可以從根本上解決通信系 統(tǒng)多模多標(biāo)準(zhǔn)兼容的問(wèn)題，滿(mǎn)足靈活性與高性能并存的需求，是一個(gè)非常有前瞻性與挑戰(zhàn) 性的課題。
[0005] 近十幾年來(lái)，學(xué)術(shù)界已經(jīng)對(duì)可重構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議兼容的調(diào)制映射方案，包括：新南威爾士大學(xué)（University of New South Wales)提出的MMO系統(tǒng)中的可重構(gòu)發(fā)射方案，該方案以流水線形式 集成多個(gè)基帶協(xié)議的處理單元，可動(dòng)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(xué)院（IIT Kharagpur)提出的高速下高吞吐量的基于可重構(gòu)調(diào)制映射方案的 實(shí)現(xiàn)，包括的調(diào)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(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)重新配置 的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換，但是單獨(dú)的調(diào)制映射方案只解決了發(fā)送信號(hào)的問(wèn)題，對(duì)于如 何完整接收信號(hào)仍然需要多個(gè)解調(diào)系統(tǒng)，不利于通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)；另外，一些方案希望通過(guò) 分析基帶處理現(xiàn)實(shí)中所需要實(shí)現(xiàn)的處理算法，利用一些基本的顆粒單元，可以實(shí)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(shí)現(xiàn)基帶處理器的 可配置方式，但是配置內(nèi)容復(fù)雜多變，考慮到的通信協(xié)議越多，配置內(nèi)容將更加復(fù)雜，同時(shí) 在提高資源利用率的同時(shí)將會(huì)極大地增加互連線的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于基帶處理中 的可重構(gòu)調(diào)制解調(diào)方法，通過(guò)在整個(gè)基帶處理器中采用可重構(gòu)調(diào)制解調(diào)模塊化單元形成完 整的通信系統(tǒng)，兼容了通信技術(shù)中常用的調(diào)制解調(diào)模式且符合工程實(shí)現(xiàn)，降低了配置內(nèi)容， 精簡(jiǎn)了算法以及可重構(gòu)單元互連線的復(fù)雜度，使之易于實(shí)現(xiàn)。
[0007] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的應(yīng)用于基帶處理中的可重構(gòu)調(diào)制解調(diào) 方法，包括以下步驟：
[0008] (1)發(fā)射機(jī)對(duì)處理器得到的指令進(jìn)行指令譯碼，并根據(jù)處理器中預(yù)先設(shè)置的參數(shù) 確定調(diào)制方式和對(duì)應(yīng)的調(diào)制參數(shù)，所述預(yù)先設(shè)置的參數(shù)包括傳輸碼率、調(diào)制解調(diào)方式、調(diào)制 頻偏、濾波器的參數(shù)配置；
[0009] (2)利用可重構(gòu)調(diào)制模塊根據(jù)所確定的調(diào)制方式對(duì)處理器的串行比特?cái)?shù)據(jù)ak進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理得到I/Q兩路基頻信號(hào)，所述數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和波形整形；
[0010] (3)將所述I/Q兩路信號(hào)傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)化器進(jìn)行電信號(hào)的加載得到調(diào)制信號(hào)并發(fā) 射；
[0011] (4)接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)接收，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到Ι/Q兩路帶中頻的信號(hào)，根 據(jù)接收機(jī)側(cè)處理器指令譯碼的結(jié)果確定接收信號(hào)的調(diào)制方式和本機(jī)內(nèi)預(yù)存的對(duì)應(yīng)解調(diào)方 式；
[0012] (5)利用可重構(gòu)解調(diào)模塊對(duì)所述帶中頻的信號(hào)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(hào)，利用相位差分的方式濾除Ι/Q兩路基頻信號(hào)中的相位誤差；
[0013] (6)對(duì)不同調(diào)制方式采用預(yù)先設(shè)置的差分間隔和不同閾值來(lái)進(jìn)行解調(diào)的判決，最 終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)流的解調(diào)。
[0014] 其中，為了精簡(jiǎn)了算法以及可重構(gòu)單元互連線的復(fù)雜度，本發(fā)明方法兼容四種調(diào) 制方式，分別為疋51(、]^1(、20?51(、〇0?51(。
[0015] 其中，根據(jù)四種調(diào)制方式的數(shù)據(jù)處理方式，步驟（2)中的可重構(gòu)調(diào)制模塊包括以 下模塊化單元：
[0016] 可重構(gòu)存儲(chǔ)運(yùn)算單元，用于根據(jù)RAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息和輸入信息以查表的方式 得到輸出結(jié)果，或根據(jù)處理器的指令重新配置RAM存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的信息來(lái)完成相應(yīng)的運(yùn)算 功能；
[0017] 可重構(gòu)乘加運(yùn)算單元，用于以Booth編碼算法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的乘法功能，并且 以Wallace Tree模式將Booth乘法器基本單元的結(jié)果加起來(lái)實(shí)現(xiàn)乘加功能；
[0018] 可重構(gòu)累加運(yùn)算單元，用于在調(diào)制過(guò)程中利用相位信息調(diào)制信號(hào)時(shí)進(jìn)行疊加計(jì) 算；
[0019] 串并轉(zhuǎn)換單元，用于將一路的串行比特?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兩路信息；
[0020] 差分編碼單元，用于對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行差分編碼。
[0021] 其中，為了實(shí)現(xiàn)電路最大可能的節(jié)省資源，對(duì)上述四種調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行 了調(diào)整，步驟（2)中不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式，分別如下：FSK調(diào)制方式 所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式為將所述處理器的串行比特?cái)?shù)據(jù)ak經(jīng)過(guò)高頻時(shí)鐘進(jìn)行過(guò)采樣得 到數(shù)據(jù)序列bk_ fsk;2DPSK調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式為將所述處理器的串行比特?cái)?shù) 據(jù)ak經(jīng)過(guò)差分編碼單元得到數(shù)據(jù)序列b k_2dpsk;MSK調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式為先 將所述處理器的串行比特?cái)?shù)據(jù)a k經(jīng)差分編碼單元，之后進(jìn)入串并轉(zhuǎn)換單元，過(guò)采樣得到兩 路數(shù)據(jù)序列qkik和P k_k;QDPSK調(diào)制方式所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式為先將所述處理器的串 行比特?cái)?shù)據(jù)a k經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換單元得到兩路數(shù)據(jù)序列a k__sk和b k__sk，再經(jīng)過(guò)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(diào)制方式對(duì)應(yīng)不同的波形整形方式，各調(diào)制方式通過(guò)波形整形 生成I/Q兩路信號(hào)，分別如下：對(duì)于FSK調(diào)制方式，將序列b k_fsk通過(guò)可重構(gòu)乘加運(yùn)算單元以 及可重構(gòu)累加運(yùn)算單元利用頻率變化的相位角信息采用CORDIC算法，產(chǎn)生I/Q兩路信號(hào)； 對(duì)于MSK、2DPSK和QDPSK調(diào)制方式，經(jīng)過(guò)可重構(gòu)存儲(chǔ)運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)半波整形，通過(guò)對(duì)過(guò)采樣 點(diǎn)數(shù)的分析，向可重構(gòu)存儲(chǔ)運(yùn)算單元內(nèi)部RAM存儲(chǔ)周期為傳輸碼率周期2倍的正弦和余弦 信號(hào)，根據(jù)各自數(shù)據(jù)預(yù)處理之后得到的數(shù)據(jù)序列，通過(guò)查找表的方式得到I/Q兩路信號(hào)。
[0023] 其中，根據(jù)四種調(diào)制方式的數(shù)據(jù)處理方式，步驟（5)中的可重構(gòu)解調(diào)模塊包括以 下模塊化單元：
[0024] 可重構(gòu)存儲(chǔ)運(yùn)算單元，用于根據(jù)RAM存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的信息和輸入信息以查表的方式 得到輸出結(jié)果，或根據(jù)處理器的指令重新配置RAM存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的信息來(lái)完成相應(yīng)的運(yùn)算 功能；
[0025] 可重構(gòu)乘加運(yùn)算單元，用于以Booth編碼算法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼的乘法功能，并且 以Wallace Tree模式將Booth乘法器基本單元的結(jié)果加起來(lái)實(shí)現(xiàn)乘加功能；
[0026] 可重構(gòu)累加運(yùn)算單元，用于在解調(diào)過(guò)程中利用相位信息和反饋信息解調(diào)信號(hào)時(shí)進(jìn) 行疊加計(jì)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(hào)，包括以下步驟：
[0028] 利用與發(fā)射機(jī)一側(cè)相同的可重構(gòu)乘加運(yùn)算單元以及可重構(gòu)累加運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)的 CORDIC算法電路產(chǎn)生中頻信號(hào)cos (wet)、sin (wet)，再通過(guò)可重構(gòu)乘加運(yùn)算單元，實(shí)現(xiàn)和差 角公式的計(jì)算，濾除原始I/Q兩路信號(hào)中的中頻分量w。，并將所得信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器；
[0029] 對(duì)于FSK、MSK調(diào)制方式，經(jīng)過(guò)上述步驟得到發(fā)射機(jī)原始發(fā)射的I/Q兩路信號(hào)；對(duì) 于2DPSK與QDPSK調(diào)制方式，還需要利用可重構(gòu)存儲(chǔ)運(yùn)算單元以及和差公式去除基頻才能 得到發(fā)射機(jī)原始發(fā)射的I/Q兩路信號(hào)。
[0030] 其中，步驟（6)中各調(diào)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(gè)閾值，分別為 π/4、3 π/4、5 π/4。
[0031] 有益效果：利用可重構(gòu)的調(diào)制解調(diào)模塊，并設(shè)定不同調(diào)制方式在調(diào)制和解調(diào)過(guò)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(shí)現(xiàn)算法，兼容了 FSK、MSK、 2DPSK與QDPSK多種模式的調(diào)制解調(diào)方案，適應(yīng)當(dāng)今通信系統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)多變的現(xiàn)狀；由于采 用了可重構(gòu)調(diào)制解調(diào)模塊，可以通過(guò)對(duì)指令的變換靈活來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的重新配置，從 而實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信調(diào)制解調(diào)中各個(gè)模塊的功能。相對(duì)于各種單獨(dú)的調(diào)制解調(diào)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(dāng)，可以達(dá)到通信系統(tǒng)的要求；相較于當(dāng)前提出的可 重構(gòu)調(diào)制映射方式，增加了系統(tǒng)的可重構(gòu)解調(diào)模式，使通信系統(tǒng)的可重構(gòu)模式實(shí)現(xiàn)更為完 整，可以應(yīng)用于工程實(shí)現(xiàn)；相比于普通的多種可選擇的調(diào)制解調(diào)方式，可重構(gòu)模式可以使得 系統(tǒng)提高資源利用率。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明方法的可重構(gòu)調(diào)制流程圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明方法的可重構(gòu)解調(diào)流程圖；
[0034] 圖3為本發(fā)明方法中各調(diào)制解調(diào)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(diào)制解調(diào)方式在調(diào)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(shí)施方式】
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