CN105376187B - 一种通用apsk解调器 - Google Patents

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    • H04L27/233—Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation
    • H04L27/2334—Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation using filters

Abstract

本发明提供一种通用APSK解调器，包括中频滤波器、AD采样器、混频器、低通滤波器、匹配滤波器、判决反馈均衡器、码元时钟恢复器、鉴相器、载波NCO与环路滤波器，其中中频滤波器接收APSK信号，判断反馈均衡器将调制信号输出给外部处理器。

Description

一种通用APSK解调器
技术领域
本发明涉及移动通信、遥感、侦查及中继领域，具体涉及一种通用APSK解调器。
背景技术
数字通信系统相比于模拟通信系统能更可靠地传输更高速率的信息。将信道编码技术与数字调制技术结合而成的编码调制(Coded Modulation，CM)技术是数字通信系统的核心技术之一，是提高数字信息的传输可靠性和传输效率的重要手段。为了适应数字信息在常见信道下的传输需求，实现高效可靠的信息传输，设计高性能的编码调制技术至关重要。
对于典型的数字通信系统，星座映射是数字调制的关键技术之一。星座映射是指将携带信息的比特序列按照特定的星座映射方案映射成为适于信道传输的符号。符号的取值空间可以是一维实数空间、二维实数空间或更高维的实数空间。星座映射包含星座图和星座映射方式两个基本要素。星座图是星座映射生成符号的所有可能取值(即星座点)的集合，星座映射方式是输入比特序列到星座点的映射关系。
根据信息论知识，在加性白高斯噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道下，当发送功率受限时，只有当信道输入分布服从高斯分布时，系统才能达到信道容量。然而，在实际的数字通信系统中，输入信号受到星座图集合的约束，不服从高斯分布，实际系统的信息传输速率与信道容量之间存在差距，这个差距也被称为Shaping损失。构造一个切实可靠的星座映射的重要准则，其关键在于使得在给定频谱效率或信噪比目标的条件下，星座映射限制下的编码调制系统的信息传输速率上限与信道容量极限之间的差距尽量小。
当输入信号受到星座图集合X限制时，信道输入信号X与信道输出Y的平均互信息，称为编码调制的平均互信息(average mutual information of coded-modulation，CM-AMI)，是实际编码调制系统所能达到的传输速率上限，可以由公式计算得到。在实际应用中，很多系统采用的是独立解映射的接收方案，独立解映射会造成编码调制系统性能的损失，此时信道输入信号与输出信号之间的平均互信息称为BICM-AMI，是采用独立解映射的编码调制方案所能达到的传输速率上限。高阶星座映射是提高数字通信系统的频谱效率的重要手段之一。早期的星座图设计中，通常认为星座点之间的最小欧式距离越大，星座图性能越好，根据这一准则，实际系统常用的高阶星座映射是具有格雷映射的均匀正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)星座图，简称Gray-QAM。然而，均匀Gray-QAM星座图约束下的信息传输速率与信道容量极限之间存在较大的差距，在高频谱效率下可达1.53dB。相比传统的均匀Gray-QAM星座图，使得星座限制下的输出更逼近高斯分布的技术称为Shaping技术，由此带来的增益称为Shaping增益。一个重要且常用的Shaping技术是非均匀Shaping技术，通过令星座图呈现非均匀特征，使得经过星座映射后的信道输入信号更接近高斯分布，参见文献 F.-W.Sun and H.C.A.van Tilborg，“Approaching capacity byequiprobable signaling on the Gaussian Channel，” IEEE Trans.Inform.Theory，vol.39，no.5，pp.1714-1716，Sept.1993。
利用非均匀星座图Shaping技术，Liu和Xie等基于最大互信息准则，提出了一种具有格雷映射的均匀幅度相移键控(Amplitude-Phase Shift Keying，APSK)的星座图，简称Gray-APSK，参照Z.Liu，Q.Xie， K.Peng，and Z.Yang，“APSK constellation with Graymapping，”IEEE Commun.Letters，vol.15，no.2， pp.1271-1273，2011。Gray-APSK中，一个M阶的APSK星座图由R个同心环组成，每个环上的星座点数相等且为2的整数次幂，每个环上的星座点在相位上均匀分布。星座映射时，长为log2M的比特向量被映射到一个星座点，比特向量中的部分比特只与相位有关，对应一个格雷映射的相移键控 (Phase ShiftKeying，PSK)，其余比特只与幅度有关，对应一个格雷映射的非均匀脉冲幅度调制 (PulseAmplitude Modulaion，PAM)。相比传统的Gray-QAM，Gray-APSK在AWGN信道和衰落信道下，在常用码率时都有着更高的CM-AMI和BICM-AMI，即无论是在采用独立解映射还是迭代解映射的编码调制系统中都具有更好的性能。由于APSK的同心圆环结构，其性能受到各环上的星座点分布和各环半径的影响。Gray-APSK中，每个环上的星座点在相位上均匀分布，相当于一个均匀的Gray-PSK。但值得注意的是，对于PSK星座映射，应用非均匀Shaping技术，即使得环上的点在相位上呈现非均匀分布的特征，得到的非均匀的PSK星座映射可具有更高的BICM-AMI。针对常用目标信噪比值、基于最大互信息准则设计的PSK星座映射，星座点在相位上呈现非均匀特征，这种非均匀特征在低信噪比时尤为明显。传统的调制方法只适用APSK的一种体制，难以适用于APSK的所有体制。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中APSK星座图星座点较多，通用性低等缺陷，提供了一种通用APSK 解调器。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种通用APSK解调器，其特征在于：包括中频滤波器、AD采样器、混频器、低通滤波器、匹配滤波器、判决反馈均衡器、码元时钟恢复器、鉴相器、载波NCO与环路滤波器，中频滤波器接收APSK 信号，判决反馈均衡器将调制信号输出给外部处理器；
其中：
中频滤波器：接收输入的APSK信号经过中频滤波处理，滤除信号噪声与带外干扰，并将处理后的信号输出给AD采样器；
AD采样器：接收中频滤波器输出的APSK信号进行数字采样，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出给混频器；
混频器：接收AD采样器输出的数字信号和载波NCO输出的本地载波信号，并对两个信号相乘，并完成相乘后信号的下变频处理，将处理后的数字信号输出给低通滤波器；
低通滤波器：接收混频器输出的数字信号进行低通滤波处理，滤除白噪声和混频产生的二倍频分量，并将处理后的数字信号分别输出给匹配滤波器和码元时钟恢复器；
匹配滤波器：接收低通滤波器输出的数字信号进行匹配滤波处理，并将处理后的数字信号分别输出给判决反馈均衡器和鉴相器；
码元时钟恢复器：接收低通滤波器输出的数字信号，进行码元时钟的恢复，并将恢复后的数字信号输出给匹配滤波器；
判决反馈均衡器：接收匹配滤波器输出的数字信号，进行均衡处理，并将处理后的信号分别输出给鉴相器与外部处理器；
鉴相器：分别接收匹配滤波器与判决反馈均衡器输出的数字信号，并分别进行鉴相处理，并将鉴相处理后的数字信号输出给环路滤波器；
环路滤波器：接收鉴相器输出的数字信号，进行环路滤波处理，并将处理后的数字信号输出给载波NCO；
载波NCO：接收环路滤波器输出的数字信号，产生本地载波，并将本地载波输出给混频器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的解调器根据APSK体制信号星座图特性，创新性的设计了低通滤波器-匹配滤波器-码元时钟恢复器的闭合环路及低通滤波器-匹配滤波器-判决反馈均衡器-鉴相器-环路滤波器-载波数控振荡器的闭合环路，上述两个闭合环路很好的解决了APSK星座图星座点较多，传统解调器无法解决的解调问题；
2、本发明为适应高速传输要求，采用可调节参数的匹配滤波器设计，增强在高速传输时的解调性能，同时扩展了可解调的码速率范围；
3、本发明技术方案可满足一定的通用性设计，只做少许更改即可完成对更高阶调制体制，例如 QAM等体制的解调。
附图说明
图1是通用APSK调制器的系统图。
具体实施方案
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图1对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一种通用APSK解调器，包括中频滤波器、AD采样器、混频器、低通滤波器、匹配滤波器、判决反馈均衡器、码元时钟恢复器、鉴相器、外部处理器、载波NCO与环路滤波器，中频滤波器接收APSK 信号，判决反馈均衡器将调制信号输出给外部处理器，其中：中频滤波器接收输入的APSK信号经过中频滤波处理，滤除信号噪声与带外干扰，并将处理后的信号输出给AD采样器；AD采样器接收中频滤波器输出的APSK信号进行数字采样，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出给混频器；混频器接收AD采样器输出的数字信号和载波NCO输出的本地载波信号，并对两个信号相乘，并完成相乘后信号的下变频处理，将处理后的数字信号输出给低通滤波器；低通滤波器接收混频器输出的数字信号进行低通滤波处理，滤除白噪声和混频产生的二倍频分量，并将处理后的数字信号分别输出给匹配滤波器和码元时钟恢复器；匹配滤波器接收低通滤波器输出的数字信号进行匹配滤波处理，并将处理后的数字信号分别输出给判决反馈均衡器和鉴相器；码元时钟恢复器接收低通滤波器输出的数字信号，进行码元时钟的恢复，并将恢复后的数字信号输出给匹配滤波器；判决反馈均衡器接收匹配滤波器输出的数字信号，进行均衡处理，并将处理后的信号分别输出给鉴相器与外部处理器；鉴相器分别接收匹配滤波器与判决反馈均衡器输出的数字信号，并分别进行鉴相处理，并将鉴相处理后的数字信号输出给环路滤波器；环路滤波器接收鉴相器输出的数字信号，进行环路滤波处理，并将处理后的数字信号输出给载波NCO；载波NCO接收环路滤波器输出的数字信号，产生本地载波，并将本地载波输出给混频器，所述外部处理器对输出的信号进行进一步的处理。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种通用APSK解调器，其特征在于：包括中频滤波器、AD采样器、混频器、低通滤波器、匹配滤波器、判决反馈均衡器、码元时钟恢复器、鉴相器、载波NCO与环路滤波器，其中中频滤波器接收APSK信号，判决反馈均衡器将调制信号输出给外部处理器；所述中频滤波器接收输入的APSK信号经过中频滤波处理，滤除信号噪声与带外干扰，并将处理后的信号输出给AD采样器；所述AD采样器接收中频滤波器输出的APSK信号进行数字采样，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出给混频器；所述混频器接收AD采样器输出的数字信号和载波NCO输出的本地载波信号，并对两个信号相乘，并完成相乘后信号的下变频处理，将处理后的数字信号输出给低通滤波器；所述低通滤波器接收混频器输出的数字信号进行低通滤波处理，滤除白噪声和混频产生的二倍频分量，并将处理后的数字信号分别输出给匹配滤波器和码元时钟恢复器；所述匹配滤波器接收低通滤波器输出的数字信号进行匹配滤波处理，并将处理后的数字信号分别输出给判决反馈均衡器和鉴相器；所述码元时钟恢复器接收低通滤波器输出的数字信号，进行码元时钟的恢复，并将恢复后的数字信号输出给匹配滤波器；所述判决反馈均衡器接收匹配滤波器输出的数字信号，进行均衡处理，并将处理后的信号分别输出给鉴相器与外部处理器；所述鉴相器分别接收匹配滤波器与判决反馈均衡器输出的数字信号，并分别进行鉴相处理，并将鉴相处理后的数字信号输出给环路滤波器；所述环路滤波器：接收鉴相器输出的数字信号，进行环路滤波处理，并将处理后的数字信号输出给载波NCO；所述载波NCO接收环路滤波器输出的数字信号，产生本地载波，并将本地载波输出给混频器。
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