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soqpsk-tg低复杂度解调算法研究

SOQPSK-TG低复杂度解调算法研究

作者：刘靖北方工业大学

学位级别：硕士

近年来随着航空科技的不断发展,无线遥测遥控领域用户终端以及数据吞吐量在不断的增大,如何高效利用频谱资源已经成为人们研究的热点。为了提高频谱利用率一般可采用扩频技术或者高效的调制方式来实现。成型偏移正交相移键控(soqpsk)信... 详细信息

近年来随着航空科技的不断发展,无线遥测遥控领域用户终端以及数据吞吐量在不断的增大,如何高效利用频谱资源已经成为人们研究的热点。为了提高频谱利用率一般可采用扩频技术或者高效的调制方式来实现。成型偏移正交相移键控(soqpsk)信号属于一类连续相位调制信号,其包络恒定并且具有频谱利用率高和功率利用率高的优点,现已经被列入IRIG106航空遥测标准。美国军方也采用了此标准,用于卫星通信和宇航中。soqpsk信号根据相位相关联程度可分为全响应和部分响应两种类型,soqpsk-tg信号属于部分响应soqpsk信号的一种,若在接收端采用最优的解调方式,最佳检测器则需要一个512状态的网格,所用的匹配滤波器个数将会达到3个。这将会使得其解调结构复杂度较高,工程实现时将加大硬件资源的消耗和开发成本。因此,需要对相位状态网格进行简化,常见的简化方法有:脉冲截断法、Laurent分解法、基函数法等。为了解决上述问题,本文采用了脉冲截断法对相位状态网格图进行简化。相位状态由原来的512状态简化为4状态,匹配滤波器由原来的3个简化为3个,实现了四状态soqpsk-tg信号的解调结构。针对同步复杂度高的问题,本文采用了基于线性相位近似的同步结构做进一步的简化。然后我们利用MATLAB平台验证了算法的有效性,并用硬件描述语言在Vivado上实现了soqpsk-tg的调制与解调系统,通过编译报告和仿真结果分析了不同结构下的硬件资源使用情况以及性能损失。最后将程序代码下载到Xilinx公司的XC7K325T-2FFG900I开发板中,结合在线调试工具Chipscope观察信号波形和解调结果,验证了soqpsk-tg信号调制解调算法在FPGA上实现的可行性。

关键词： soqpsk-tg 脉冲截断法同步相干解调 FPGA

多径信道下基于CMA算法的soqpsk-tg盲均衡

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无线电工程 2022年第4期52卷 550-554页

作者：廖红姣赖鹏辉董蕤王世练张炜马艳敏国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073 北京交通大学电子信息工程学院北京100044 中国人民解放军31006部队北京100089

针对遥测链路“低仰角”场景,研究多径信道下使用恒模算法(Constant Modulus Algorithm,CMA)进行盲均衡给部分响应成形偏移正交相移键控(soqpsk-tg)检测带来的性能增益。数字下变频后通过CMA直接确定均衡器抽头系数,不需要载波、定时同... 详细信息

针对遥测链路“低仰角”场景,研究多径信道下使用恒模算法(Constant Modulus Algorithm,CMA)进行盲均衡给部分响应成形偏移正交相移键控(soqpsk-tg)检测带来的性能增益。数字下变频后通过CMA直接确定均衡器抽头系数,不需要载波、定时同步的先验信息,利于实现。仿真分析时,对均衡完成后的信号进行载波、定时同步和检测,分析过程和结果对接收机设计有指导意义。仿真结果表明,在3种典型“低仰角”航空遥测——滑行、起飞和远航场景中,使用CMA盲均衡均能有效缓解多径衰落对同步、检测的影响,与未均衡时相比,在滑行场景有3~3.1 dB的性能增益,在起飞场景有0.9~1 dB的性能增益,在远航场景有10.8~11 dB的性能增益。

关键词：恒模算法 soqpsk-tg 航空遥测多径信道自适应均衡

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基于线性相位近似的soqpsk-tg信号同步算法

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电讯技术 2021年第3期61卷 348-352页

作者：王乐刘靖北方工业大学电子工程系北京100144

soqpsk-tg(Telemetry Group version of Shaped Offset Quadrature Phase Shift Key)具有良好的频率利用率和功率利用率,广泛应用于无线通信系统当中。在连续通信模式下,soqpsk-tg信号的同步主要采用直接判决算法。为进一步降低算法复杂... 详细信息

soqpsk-tg(Telemetry Group version of Shaped Offset Quadrature Phase Shift Key)具有良好的频率利用率和功率利用率,广泛应用于无线通信系统当中。在连续通信模式下,soqpsk-tg信号的同步主要采用直接判决算法。为进一步降低算法复杂度,推导了基于线性相位近似的最大似然估计误差鉴别器,理论上分析了算法估计性能,并搭建了简化的接收模型。通过仿真证明了算法在估计性能上优于脉冲幅度调制方法,算法误码率接近理论性能。

关键词： soqpsk-tg 连续相位调制线性相位近似载波同步定时同步

遥测系统中soqpsk-tg的传输技术研究

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遥测系统中SOQPSK-TG的传输技术研究

作者：郝少飞西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着航天科技的发展和飞行试验需求的提高,原有的遥测网络系统单向、低速的数据传输已经远远不能满足人们的需求。在新一代的遥测网络系统中,传输体制需要针对遥测系统传输距离远、处理数据量大、传输实时性强等特点选择高效的波形方案... 详细信息

随着航天科技的发展和飞行试验需求的提高,原有的遥测网络系统单向、低速的数据传输已经远远不能满足人们的需求。在新一代的遥测网络系统中,传输体制需要针对遥测系统传输距离远、处理数据量大、传输实时性强等特点选择高效的波形方案。成形偏移四相相移键控调制技术具有频带利用率高和恒定包络的特点,因而在遥测系统中备受关注。本文首先研究了soqpsk调制解调的基本原理,其中包括soqpsk信号模型、soqpsk递归和非递归预编码,全响应MIL-STD soqpsk的标准波形集、相位网格图和其四状态解调;针对全响应MIL-STD soqpsk存在的问题,进而研究了部分响应soqpsk-tg调制和四状态解调,并仿真了误比特性能;然后,研究了遥测系统的三种典型的信道模型,给出其相应的脉冲响应和频率响应;为了尽可能的减少多径衰落和噪声的影响,研究了自适应均衡的原理和LMS、RLS均衡算法,并且对盲自适应均衡的基本原理和CMA算法进行重点研究,给出在三种典型的遥测信道下不同均衡算法的性能;接着,研究了信号到达检测技术,其中包括信号功率谱检测和导频检测两部分。信号检测主要用传统的功率谱估计方法进行检测,而导频检测是基于iNET帧结构的时域相关检测方法,针对“长相关”和“分段自相关”函数检测性能差的问题,提出一种“分段重叠自相关”的思想,并仿真其性能;最后,研究了soqpsk-tg编码级联系统,结合Turbo、TPC和LDPC三种不同的信道纠错码,构建相应的编码级联系统并对其进行系统仿真,结合算法复杂度和误比特性能两方面,给出误比特性能相对较好的soqpsk-tg编码级联系统。

关键词：遥测系统 soqpsk-tg 时域均衡导频检测

空时编码soqpsk-tg遥测信号的基带处理算法研究

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空时编码SOQPSK-TG遥测信号的基带处理算法研究

作者：高洁重庆大学

学位级别：硕士

目前,国际遥测组织IRIG(Inter-Range Instrumentation Group)的106标准针对航天遥测环境的空间传播衰落大、频谱资源不足、码率较高、功率受限等问题,推出了新一代遥测调制信号体制。基于空时编码的成型偏置正交相移键控soqpsk(Shaped O... 详细信息

目前,国际遥测组织IRIG(Inter-Range Instrumentation Group)的106标准针对航天遥测环境的空间传播衰落大、频谱资源不足、码率较高、功率受限等问题,推出了新一代遥测调制信号体制。基于空时编码的成型偏置正交相移键控soqpsk(Shaped Offset Quadrature Phase-Shift Keying)调制是一种连续相位调制,其具有较高的频谱利用率和功率利用率,能克服飞行器在遥测中提供全向辐射所带来的双天线问题,在新一代航天遥测系统中十分重要。IRIG 106标准中采用专门的频率成型函数的soqpsk信号,称为soqpsk-tg信号。论文围绕soqpsk-tg信号展开,重点研究了低复杂度的调制器与解调器的基带处理算法。主要研究内容如下:(1)设计了空时编码soqpsk-tg信号调制器基带方案,并在FPGA和AD9361的硬件平台上实现了该调制器。该调制器输出基带信号的时域波形和射频信号频谱都满足标准信号的要求,说明调制器设计方案的正确性。(2)针对最大似然序列检测解调算法计算量较大等问题,研究了三种改进的低复杂度的解调算法,包括基于截断的PAM分解次优解调算法、基于脉冲截断的四状态解调算法、基于判决反馈的二状态解调算法。其中,基于截断的PAM分解次优解调算法是在PAM分解次优的基础上截断脉冲函数来减少匹配滤波器的计算;基于脉冲截断的四状态解调算法是通过截断相位脉冲成型函数来减少匹配滤波器个数;基于判决反馈的二状态解调算法是在四状态算法基础上,利用反馈判决减少每个检测时间内所用的匹配滤波器个数。仿真分析和硬件复杂度分析结果表明,三种方法均能有效降低解调复杂度。其中,基于判决反馈的二状态解调算法的复杂度最低;而基于脉冲截断的四状态算法性能最佳。(3)针对空时编码soqpsk-tg信号的低复杂度解调需求,提出了基于四状态的积分算法和基于截断PAM分解次优的分层解调算法。前者,在脉冲截断的四状态解调算法基础上,将分支度量进行积分再进行回溯判决,利用空时编码有效地改善解调性能;后者在基于截断的PAM分解次优解调算法基础上,将分支度量分层累加再进行回溯判决。仿真结果表明,前者不仅算法复杂度略低,而且有约0.5dB的性能增益。通过在AWGN信道和瑞利衰落信道环境下对解调性能仿真发现,在功率比为25dB范围内,两根天线功率分配比越大,解调性能越好。

关键词：航天遥测调制解调器 soqpsk-tg 相位连续 FPGA

基于空时编码的soqpsk-tg调制器的FPGA设计

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遥测遥控 2019年第6期40卷 22-27页

作者：刘丹阳王志有夏国江孙雪峰宫长辉王洋北京宇航系统工程研究所北京100076

为满足未来遥测系统高码速率且可靠传输的要求,将空时编码与soqpsk-tg技术联合调制,通过使用正余弦波形查表法及基于预编码特性的累积相位映射简化来设计结构,设计一种ALAMOUTI空时码与soqpsk-tg编码调制的FPGA实现方案。在FPGA硬件平... 详细信息

为满足未来遥测系统高码速率且可靠传输的要求,将空时编码与soqpsk-tg技术联合调制,通过使用正余弦波形查表法及基于预编码特性的累积相位映射简化来设计结构,设计一种ALAMOUTI空时码与soqpsk-tg编码调制的FPGA实现方案。在FPGA硬件平台测试结果验证soqpsk-tg体制相比传统遥测调制体制具有更高的频带利用率,并且基于空间分集技术的空时编码并不会对soqpsk-tg信号频谱产生影响,具有抗信道衰落能力的空时编码在未来遥测系统有一定应用价值。

关键词：空时编码 soqpsk-tg FPGA 遥测系统

一种用于空时编码与soqpsk-tg联合调制的解调算法

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遥测遥控 2019年第4期40卷 33-39页

作者：刘丹阳王志有夏国江李晓斐北京宇航系统工程研究所

将Alamouti空时码与soqpsk-tg调制技术相结合,可以有效提高调制系统可靠性。由于最佳接收机译码复杂度较高,采用互相关网格编码调制技术(XTCQM)来降低复杂度,并实现基于MAX-LOG-MAP算法的空时编码与soqpsk-tg结合的解调,在信噪比为8dB... 详细信息

将Alamouti空时码与soqpsk-tg调制技术相结合,可以有效提高调制系统可靠性。由于最佳接收机译码复杂度较高,采用互相关网格编码调制技术(XTCQM)来降低复杂度,并实现基于MAX-LOG-MAP算法的空时编码与soqpsk-tg结合的解调,在信噪比为8dB时误码率可达Pb=10^-5。仿真结果表明,在降低系统复杂度的情况下,通过引入信道编码能够解决低复杂度算法造成的性能损失问题,进一步降低系统的误码率。

关键词：空时编码 soqpsk-tg 互相关网格编码遥测调制体制

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复杂信道环境下CPM类信号均衡技术研究

复杂信道环境下CPM类信号均衡技术研究

作者：张欢欢北京交通大学

学位级别：硕士

连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)信号因其频谱利用率高而广泛应用于现代移动通信、卫星通信、军事通信中。无线通信技术需求正向高传输率、低功耗的方向发展,而无线通信信道存在复杂、易受环境影响的特质,这些因素导致CP... 详细信息

连续相位调制(Continuous Phase Modulation,CPM)信号因其频谱利用率高而广泛应用于现代移动通信、卫星通信、军事通信中。无线通信技术需求正向高传输率、低功耗的方向发展,而无线通信信道存在复杂、易受环境影响的特质,这些因素导致CPM信号的接收变得尤为困难。在信号传输过程中,多径衰落现象尤为常见,该现象引起接收端严重的符号间干扰,从而导致高误码率,给信号侦察、电子对抗等非合作场景下的信号恢复增加难度。因此,CPM信号的均衡技术研究尤为重要,它可以有效地减少信道带来的失真,提高信号传输的可靠性和稳定性,对于提高无线通信系统的性能具有重要的意义。本文以成形偏移正交相移键控(Shaped-offset Quadrature Phase-shift Keying used in Telemetry Group,soqpsk-tg)信号和脉冲编码调制/频率调制信号(Pulse Code Modulation/Frequency Modulation,PCM/FM)信号为研究对象,以航空遥测通信为背景,以改善均衡技术的性能为研究目标。本文分析了CPM信号的均衡技术,并提出了一些解决不同问题的研究方案。本文主要完成的工作及取得的创新性成果如下:(1)研究CPM信号的自适应均衡技术。针对递归最小二乘(Recursive Least Square,RLS)算法跟踪信道能力差,稳态误差大的问题,提出了一种改进的逆相关矩阵更新算法,该算法采用误差函数的加窗平均作为自扰动项的因子,更新逆相关矩阵,并结合自适应遗忘因子控制收敛速度,在保持算法跟踪信道变化的情况下,使协方差矩阵不受误差突然波动而扰动。仿真结果表明,相较于RLS算法,该算法能获得更好的收敛效果和跟踪信道能力。(2)研究CPM信号的RLS盲均衡算法。RLS算法收敛性好,但需要额外信息,浪费一定频带资源。针对这一问题,本文研究将RLS均衡算法结合恒模算法(Constant Modulus Algorithm,CMA)实现RLS盲均衡,并在此基础之上提出一种自适应遗忘因子RLS盲均衡算法,该算法前期使用小遗忘因子完成快速收敛,接近收敛误差函数减小,使用较大遗忘因子提升收敛精度。结果表明,所提算法在收敛速度和跟踪信道能力上优于RLS-CMA盲均衡算法。(3)研究CPM信号的CMA类盲均衡算法。针对CPM信号的传统CMA盲均衡算法收敛速度慢、稳态误差大的问题,提出一种用箕舌线函数控制步长的盲均衡算法。该算法采用随机梯度方法迭代更新均衡器系数,通过箕舌线函数灵活控制迭代步长。仿真结果表明,在三种典型航空遥测场景中,所提算法能够对多径衰落信道下的接收信号进行有效的均衡。相比已有算法,该算法在误码性能方面有明显增益,且该算法可以有效提升收敛速度,减小稳态误差。

关键词：航空遥测多径信道 soqpsk-tg PCM/FM 盲均衡自适应均衡箕舌线函数

FQPSK和soqpsk信号的通用准最优解调设计

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国防科技大学学报 2014年第4期36卷 77-81页

作者：郄志鹏翟海涛钟声朱江国防科技大学电子科学与工程学院湖南长沙410073 中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900

FQPSK-JR和soqpsk-tg是IRIG-106遥测标准中可以互换的两种信号体制,两种信号有着近乎相同的功率效率和带宽效率。尽管两种信号都可以采用常规的OQPSK接收机进行解调,但是基于OQPSK结构的接收机忽略了两种信号固有的记忆特性,其解调性能... 详细信息

FQPSK-JR和soqpsk-tg是IRIG-106遥测标准中可以互换的两种信号体制,两种信号有着近乎相同的功率效率和带宽效率。尽管两种信号都可以采用常规的OQPSK接收机进行解调,但是基于OQPSK结构的接收机忽略了两种信号固有的记忆特性,其解调性能损失相比最优解调达2dB之多。在遥测链路中,受设备体积及电源限制,2dB的功率损失是至关重要的。虽然基于其调制体制相对应的最优接收机都能提高功率效率,但信号产生体制的不同导致了其对应的最优接收机结构不同。将IRIG-106标准中的FQPSK-JR信号用CPM调制来近似表示,将soqpsk-tg信号的频率成型脉冲进行了截短近似,设计了基于CPM的通用准最优解调器。基于CPM近似设计出的解调器与OQPSK解调器一样无须对两种信号进行识别,仿真表明基于CPM设计的通用解调器对两种信号进行解调的渐进损失都很小,对复杂度也进行了分析对比。

关键词： FQPSK-JR soqpsk-tg IRIG-106 连续相位调制