数据链物理层cpm波形调制解调技术研究与实现

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1、数据链物理层CPM波形调制解调技术研究与实现重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：郭金超指导教师：杨士中院士副导师：吴皓威副研究员学位类别：工程硕士（电子与通信工程领域）重庆大学通信工程学院二O一六年四月StudyandRealizationonDigitalModulationandDemodulationofCPMWaveformsinPhysicalLayerofDataLinkAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequire

2、mentforProfessionalDegreeByGuoJinchaoSupervisor:AcademyYangShizhongAssistantSupervisor:Ass.Prof.WuHaoweiSpecialty:ME(FieldofElectronicsandCommunicationEngineering)CollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要现代战争高度信息化，各系统以战术数

3、据链互联成统一整体，能够最大限度发挥各作战单元威力。数据链在现代战争中的作用不言而喻，而数据链物理层波形是数据链组网的基础。简单高效的物理层调制解调技术，关系到数据链通信系统性能的优劣。连续相位调制（CPM）以其优良的频谱、功率效率，对军用通信和战术数据链有极强的吸引力，例如Link-16的采用了MSK，TTNT采用了GMSK，IRIG106标准采用了SOQPSK、FQPSK-JR、ARTMCPM、PCM/FM等。因此，研究简单高效的CPM信号调制解调技术对促进数据链的发展意义重大。论文围绕CPM调制解调技术展开研究，给出了

4、适用于数据链系统的低复杂度CPM调制器与解调器的设计方案，并在FPGA硬件平台上实现了该方案。主要研究内容如下：①研究了CPM信号调制原理和相位形成过程，给出了两种CPM信号调制器的实现方案：基于相位生成的方案和基于波形存储的方案。两种方案各有优劣，前者所需存储资源少，后者所需计算逻辑资源少。然后对两种方案进行了建模仿真，通过输出相位、波形和频谱，可以证明所提方案的正确性；同时还表明，CPM信号比传统PSK信号具有更好的频谱效率和功率效率，能够满足数据链的需求。②深入研究了CPM信号的解调检测算法，包括MLSD最佳解调、La

5、urent最佳检测和Laurent次优检测等，并给出了三种算法的详细步骤流程和具体实现结构。根据CPM信号相位状态转移规则，提出了相位状态转移表格的构造方法，该表格包含了所有的相位状态及路径转移信息，是解调器的核心。通过对三种算法的性能仿真和复杂度分析，表明Laurent次优检测解调算法能够以极低的性能损失换取解调器复杂度的极大简化，适用于数据链系统。③在硬件平台上设计实现基于相位生成器的CPM信号调制器。其中，CPM信号的基带调制在FPGA平台上实现，CPM信号的上变频通过上变频（DUC）芯片AD9957完成。具体设计内容

6、包括：量化标准设计、相位生成器设计、基于双端口ROM查找表的NCO波形发生器实现、AD9957芯片配置等。通过测试，验证了CPM信号发射机的正确性。④在FPGA平台上设计实现CPM信号低复杂度的Laurent次优解调器。具体内容包括四级并行流水线匹配滤波器设计，基于查找表运算组合的专用复数乘法器设计，基于查找表结构的度量、路径和状态计算器设计，基于移位寄存器思想的维特比回溯器设计等。通过逻辑功能仿真测试，验证了所设计CPM信号解调器的正确性。关键词：数据链，连续相位调制，相位状态，解调器，FPGAI英文摘要ABSTRACTT

7、heinformationizationlevelofmodernwarsisgettinghigherandhigher.Systemsarebuiltintoacohesivewholeunitwithdatalink,tomaximizethepowerofthecombatunitsasmuchaspossible.Itisself-evidentthattheroleofdatalinksystemisveryimportant,whosethefoundationisthephysicallayerwavefor

8、ms.Simpleandefficientmodulationanddemodulationtechniquesforphysicallayerwaveformshaveagreatinfluenceontheperformanceforthedata-linksystem.Withthe