（信息与通信工程专业论文）传真通信中调制与解调算法的研究及在dsp上的优化实现.pdf

j 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：蕴缝日期：兰趔 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：叠煎导师签名：曼邋盗日期：堂6 摘要 摘要 无线传真技术是一项新兴的无线通信增值业务。无线传真是传真数据业务一 个非常重要的方面。无线传真技术的发展为传真系统的应用开拓了更加广阔的空 间。 调制解调技术是无线传真通信中的关键技术之一。本文研究传真调制解调算 法及其在t m s 3 2 0 c 6 0 0 0d s p 上的优化实现。这对于实现无线传真核心技术国产 化，发展我国的无线传真通信产业有重要意义。 本文重点研究以下四个方面的内容： 1 针对v 2 9 传真调制解调标准，研究并实现了v 2 9 调制算法。在该调制 算法中，对预编码模块采用了信号空间映射方法将二进制序列映射为信 号矢量；设计并实现了扰码器和解扰器；实现了用于成型滤波的升余弦 滚降平方根滤波器，实际测试结果表明了该调制算法的有效性。 2 研究并实现了v 2 9 解调算法。在解调算法中对判决模块采用改进的信 号空间逆映射判决方法，克服了一般相干解调抽样判决的复杂性，增强 了解调算法的抗干扰能力，提高了相位判决精度；改进了载波同步的方 法，该方法采用了判决反馈环路对频差逐渐进行补偿，使频偏趋于0 ， 达到了载波恢复的目的，实现了相干解调对载波同步的要求。测试验证 了该算法的正确性； 3 v 2 7 t e r 调制解调算法已在i i l a t l a b 上仿真实现，为了将其移植到d s p 上， 将m a t l a b 的仿真实现转换为c 语言编程实现。对c 语言程序进行测试， 得到的结果与m a t l a b 仿真结果相同，证明了算法可以实现调制解调功 能。将结果与实际信道中截取的数据进行对比分析，得到了正确的结果， 验证了该算法的有效性。 4 将v 2 9 调制解调浮点代码转换成定点代码并移植到t m s 3 2 0 c 6 2 1 1d s p 上进行优化实现，用剖析器对优化后的代码进行剖析，最终代码的指令 周期由3 1 1 5 2 6 2 5 6 降至1 1 0 9 9 9 2 l ，执行时间由1 8 6 9 s 降为6 6 5 9 9 m s ， 效率提高了9 6 4 3 6 ，结果表明取得了较理想的优化效果。 关键词：调制；解调；v 2 9 ；v 2 7 t e r ；d s p 优化 北京工业大学t 学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ef a xs e r v i c eb a s e do n l e 池l e s sc o m m u l l i c a t i o nt e c l l i l o l o g yi sa ne m e r g i n g v a l u e a d d e ds e r v i c e t l l i ss e i c ei sav e 珂i m p o r t 锄ta s p e c to ff 奴d a t as e i c e s i th 弱 o p e n e du pa 谢d es p a c ef o rt h e 印p l i c a t i o no f t l l ef 奴s y s t e m m o d e mt e c l l i l o l o 擘i so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si i lf a xs e r v i c eb a s e do nt i l e 谢r e l e s sc o i l l i l l u i l i c a t i o n f a ) 【m o d e ma 1 2 0 r i t h i n sb a s e do n l et m s 3 2 0 c 6 0 0 0d s p c o i m n u n i c a t i o ns y s t e m s 扣es t u d i e di i lt l l i s 吐l e s i s t h i si sv e r yi m p o r t 趾tt od e v e l o p n l ec o r et e c h l o l o g yo ff a xs e i c eb a s e do nt ：i l ew i r e l e s sc o m m u i l i c a t i o nt e c l l i l o l o g y ， 卸dd e v e l o pf l 觚 c o m m u m c a t i o ni 1 1 d u s t r yb 弱e do n丽r e l e s sc o m m u 面c a t i o n t e c l l l l o l o 霉i nc l l i n a t m st l l e s i sf o c u s e so nt h ef o u o w i n gf o u r 钺e c t s ， 1 f o rv 2 9f 奴m o d e m 吼a i l d a r d ，m o d u l a t i o na j g o r i t l l ma r ei m p l e m e n t e d 7 r i l e m e t h o do fs i 盟a ls p a c em 印p i i l gi su s e dt om 印b i i l a r ) rs e q u e n c et 0t 1 1 es i 印a l v e c t o ri i l 廿1 ep r e c o d i n gm o d u l eo ft l l em o d u l a t i o n t h es c r 锄b l e ra n dm e d e s c r a m b l e ra r ed e s i 鲫e da n di m p l e m e n t e d ar o l l o f rs q u a r er o o tr a i s e dc o s i i l e f i l t e ri sr e a l i z e df o rf o m l i n gf i l t e r t h ea c t u mt e s tr e s u l t ss h o wt l l a tt l l em o d u l a t i o n a l g o d t h mi se m c i e n t 2 t h ed e m o d u l a t i o na l g o 珊1 i no f 此v 2 9m o d e mi ss t u d i e d 锄di m p l e m e n t e d 1 1 1 e i l l l p r o v e di n v e r s es p a c em 印p i n gm e t h o di su s e di nt l l ed e m o d u l a t i o na l g o r i t h ， w m c hr e d u c e d 恤ec o m p l e x i 付o ft h es 锄1 p l es e m e n c eo fc o h e r e n td e m o d u l a t i o i l ， e 珂1 a n c e dt h e 锄1 t i i n t 觑f e r e n c ea b i l i 田o fd e m o d u l a t i o na l g o r i m ma i l di m p r o v e d t l l ea c c u r a c yo fp h a s ed e c i s i o n ；ai l p r o v e dc a r r i e rs y n c l l i d l l i z a t i o nm e l o di s l i s e d ，w h i c hc o m p e n s a t e dt l l e 矗e q u e n c yd i f f e r e n c eb yf e e d b a c kl o o p ，t e n d e d l e o f f s e tt 0z e r 0a n dr e a l i z e dt l l er e q u i r e m e n tf o rc 硎e rs ) ，i ：l c l l i 。0 1 1 i z a t i o n 3 f o rv 2 7 t e rf 奴m o d e ms t a i l d a r d ，v 2 7 t e rm o d e ma l g o r i t l l mi ss i i n u l a t e di 1 1 m a t l a b t e s t i n gs h o wt l l a t l ea l g o r i 衄i se f ! f i c i e m cp r o 舢i n gl a n g u a g ei s u s e di no r d e rt o 仃a i l s p l a n tt l l ea 1 9 0 r i t l l i nt o 也ed s p a r e rd e b u g g i n ga n dt e s t i n g ， r e s u no b t a i n e di ss 锄e 、j v i mt l l er e s u l ts i i i l u l a t e di 1 1 也em a t la _ b c o m p a r e dt l l e r e s m tw i t l lt 1 1 ed a t a 丘o mt l l ea c t u mc h 锄e l ，w l l i c hs h o w s l a tm ea l g o r i t l l mc a n a c l l i e v et l l ef u n c t i o 璐o fm o d u l a t i o n 趾dd e i n o d u l a t i o n 4 1 kv 2 9m o d e ms o f t 、a r ei sc o n v e r t e d 硫ot l l ef i x e d _ p o 血s o f 呐a r e 丘o mm e f l o a t i l l g - p o i n ts o 胁a r e t h ef i x e d p o i n ts o f t 、聊ei sr e a l i z e d 锄do p t i m i z e db a l s e d o nt h et m s 3 2 0 c 6 21 1d s p t h et e s tr e s u l t ss h o wm a tt l l ei n s t n l c t i o nc y c l e so f t l l ec o d er e d u c e d 舶m3 1 1 5 2 6 2 5 6t 01 1 0 9 9 9 2 1 ，t h ee x e c u t i o nt i m er e d u c e d 仔o m l 8 6 9 st o6 6 5 9 9 m s ，吐i e c o d ee f j f i c i e n c yi si m p r o v e db y9 6 4 3 6 t h er e s u l t s s h o wt h a ta ni d e a lo p t i i n i z a t i o ne 行宅c ti so b 蛐e d k e y w o r d s ：m o 叫a t i o i l ；d 锄。叫a t i o n ；v 2 9 ；v 2 7 衙；o p t i i i l i z a t i o nb a s e do nd s p 目录 目录 摘要i a b s n a c t i i 第1 章绪论1 1 1 传真通信的发展历程。1 1 2 传真通信关键技术的发展状况2 1 3 传真通信中调制解调技术概述。3 1 4 基于c d m a 网络的三类传真业务研究现状4 1 5 课题背景及现实意义5 1 6 论文的组织结构。5 第2 章v 2 9 调制算法研究与实现7 2 1v 2 9 调制器简介7 2 1 1 传输速率为9 6 0 0 b p s 的v 2 9 调制器7 2 1 2 传输速率为7 2 0 0 b p s 的v 2 9 调制器。8 2 2v 2 9 调制算法的正交调制原理9 2 3v 2 9 调制算法的研究与实现1 0 2 3 1 数字序列的扰码与解扰1 0 2 3 2 星座图编码1 2 2 3 3 升余弦滚降平方根滤波器的设计。1 4 2 4v 2 9 调制算法的测试1 7 2 5 本章小结1 9 第3 章v 2 9 解调算法研究与实现2 1 3 1v 2 9 解调器简介2 1 3 2v 2 9 解调器算法原理2 l 3 3v 2 9 解调算法的研究与实现2 2 3 3 1改进的载波同步算法。2 3 3 3 2 改进的信号空间逆映射算法2 7 3 3 3v 2 9 解调算法中滤波器滤波输出冗余比特的去除2 7 3 4v 2 9 解调算法的测试2 8 3 5 本章小结3 1 第4 章v 2 7 t e r 调制解调算法的m a t l a b 仿真及c 语言的转换实现3 3 4 1v 2 7 t e r 调制解调算法3 3 北京t 业大学t 学硕士学位论文 4 2v 2 7 t e r 调制解调算法在m a t l a b 上仿真。3 6 4 3v 2 7 t e r 调制解调算法从m a t l a b 到c 转换实现3 8 4 4 调制解调算法在m a t l a b 中的仿真测试3 9 4 5v 2 7 t e r 调制解调算法从m a t l a b 转换到c 程序的测试4 0 4 6 本章小结4 2 第5 章v 2 9 调制解调算法在d s p 上的实现与优化4 3 5 1t m s 3 2 0 c 6 2 1 1d s p 的结构和特点：4 3 5 2c 6 0 0 0 软件开发环境简介4 5 5 3v 2 9 调制解调算法的c 程序的浮点转定点实现。4 6 5 3 1数的定标。4 6 5 3 2 基本算术运算的定点实现方法4 7 5 3 3 在程序中变量q 值的确定4 8 5 3 4v 2 9 调制解调程序中一些模块的定点实现介绍4 9 5 3 5v 2 9 定点测试结果5 0 5 4v 2 9 调制解调算法在d s p 上的实现5 3 5 4 1在d s p 上实现的特点。5 3 5 4 2 在d s p 上实现的结果5 3 5 5v 2 9 调制解调算法在d s p 上的优化。5 3 5 5 1编译优化。5 4 5 5 2c 语言代码优化。5 6 5 5 3 汇编优化。5 8 5 6 优化结果。5 9 5 7 本章小结6 1 总结与展望6 3 参考文献6 5 攻读硕士期间发表的学术论文6 7 致谢。6 8 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 传真通信的发展历程 传真通信是利用扫描和光电变换技术将文字、图表、照片等静止图像由发送 端经有线或无线信道送往接收端，并在接收端重现静止图像的通信方式。此通信 方式实时性强、使用简单方便可靠并且能实现“真迹传送 ，为此常用来传送公 文、手写文件和图章。 1 8 4 3 年，英国物理学家亚历山大贝恩发明了传真技术，直到1 8 6 5 年，伊朗 人阿巴卡捷罩( a b c a s e l l i ) 根据前人提出的原理，制作了世界上第一台传真机，并 在多个城市之间进行了长期大量的传真实验，从而开创了传真的历史。1 9 2 5 年 美国贝尔实验室制造出一台以电子工程为基础的实用传真机，传真技术才进入实 用阶段，逐步盛行起来。概括起来，传真通信从产生到发展共经历了以下三个阶 段1 】： 1 基础阶段( 1 8 4 3 1 9 7 2 年) 该阶段的传真机主要采用模拟分立元件来构成其电路部分。在传输方面则是 采用调幅、调频等低效率的模拟调制技术，且基本上利用专用的有线电路进行低 速传输。基本上采用机械式扫描方式，并且大部分使用滚筒式扫描。 2 发展普及阶段( 1 9 7 2 1 9 8 0 年) 这一时期的传真技术从模拟发展到了数字，由低速向高速传输发展，进入了 一个新的历史发展时期。相位调制、正交振幅调制等一系列新的高效调制解调技 术的应用带动了传输速率的逐步提高。 3 多功能化阶段( 1 9 8 0 年以后) 这一阶段的传真机不仅作为通信设备获得了广泛应用，还在办公自动化方面 担任了重要角色。而且由于新的调制技术的发明【2 】( t c m ) 使得传真速率向着更 高速率的方向发展。现在，传真技术和微型计算机技术相结合，可以增加传真在 信息收集、存储、处理、交换等方面的功能，已使传真机向着综合处理的终端过 渡。 近年来，随着技术的不断发展，传真作为一种通信及办公自动化手段，在信 息传递过程中发挥着越来越重要的作用，需求也越来越多，这种趋势又更加促进 了传真通信技术向更高层次方面发展。今后，高速传真通信的发展趋势将是【3 】： 1 高速、小型化 北京t 业大学t 学砍十学位论文 要求传输速度更快，这对编码压缩和调制解调的方式提出了更高、更新的要 求。体积小、重量轻、便于携带和悬挂的要求，对现行的扫描和记录方式提出了 挑战。 2 低价格、高性能 真正广阔的市场在于用户传真，在于家庭和办公室。因此要求传真机的价格 更低性能更高，尤其是对操作的自动化程度、复印质量和对线路的适应能力等， 都会有更高的要求。 3 多功能和功能复合化 要求功能更多、更齐。即使是普及型的传真机，自动拨号、差错控制、自动 降速、自动诊断和自动显示等，都将是必不可少的要求。功能复合化是指将多种 功能复合在一起，如把传真与电话机、电传机、复印机、文字处理机等结合在一 起形成复合终端。 4 p c f a x 通信 与p c 机结合，形成p c f a x 通信系统。这样，既能利用p c 的信息处理和 大容量存储功能，又能利用传真机的图像输入、记录和通信功能，以较少的投资 实现对图文信息的远地检索、传送、识别、编辑、变换和分发等要求。p c f a x 通信具有十分广阔的前景。 1 2 传真通信关键技术的发展状况 传真从发明以来虽然经历了很长时期，技术上取得了较大突破，但是，发展 速度相比电话较为缓慢，调制解调等关键技术的发展相对滞后是传真难以普及和 发展的重要原因之一。 传真通信是现代通信的一个重要的组成部分，随着通信无线化进程的加快， 对无线传真的研究成为无线通信研究领域的一个重点内容，也为传真系统的应用 开拓了更加广阔的空间。但是，目前包括我国在内的大多数国家，尚未建成全国 性的正规的数字通信信道【l 】。包括传真业务在内的大部分数字业务仍需借助现有 的模拟通信信道。为了使发送端数字传真信号能在模拟信道中传送，接收端又能 将模拟信号变成数字传真信号，那么以数字信号处理为基础的三类传真机中必须 引入调制解调技术。由于数字基带信号中通常含有比较丰富的频率成分，无法直 接传输，通过调制可以将其转换为带通信号，实现在模拟信道上的传输，同理， 在接收端通过解调来得到数字信号。 从1 9 6 0 年起，国际电话与电报咨询委员会( 简称c c i t t ，即现在国际电信 联盟i t u 的前身) 发布了一系列调制解调器的建议【2 】，调制解调技术得到了较大 的发展。三类传真机的调制解调标准，分别在c c i t t 建议的t 4 和t 3 0 中作出 了明确的规定，t 4 中指出，凡采用v 2 7 t e r 规定的调制、扰频、均衡和定时信 第1 章绪论 号，在普通电话交换网中的传输速率为4 8 0 0 b i t s 和2 4 0 0 b i 讹，在租用或高质量 的交换电路中，凡采用v 2 9 规定的调制、扰频、均衡和定时信号，传输速率为 9 6 0 0 b i t s 和7 2 0 0 b i 以。t 3 0 中指出，凡采用v 2 1 规定的联络和控制信号，其传 输速率为3 0 0 b s 。只要按照上述标准传输就可以保证传真通信的质量。调制解 调的标准速率不同，一般采用的调制方式也不同，当以2 4 0 0 b i t s 的速率传输时， 常采用四相差分编码调制，以4 8 0 0 b i 讹的速率传输时，则采用八相差分编码调 制，若以9 6 0 0 b i 佻和7 2 0 0 b s 的速率传输时，普遍采用正交调幅( q 舢订) ，当以 3 0 0 b i t s 的速率传输时，联络和控制信号常采用数字调频制。 目前，传真主要应用在公用数据交换网络( p s t n ) 中，其上行传输的香农 极限速率大概在3 3 6 0 0 b p s ，因此，传真通信中的调制解调技术在经历一段时间 的相对高速发展之后，就基本上无力再对数据比特的传输速率进行大幅度的提高 了，只能通过采用高效的压缩技术，才使得信息传输速率进一步得到提高。 从传输的角度来讲传真通信分为网络传真通信和无线传真通信，网络传真通 信是在p s t n 网络上的一种通信方式。传输通路中无线网络所实现的传真通信叫 做无线传真通信。 无线传真技术是伴随着无线通信技术、无线接入技术的发展而兴起的一项无 线通信增值服务。对无线传真通信的研究是无线通信研究领域的一个重点内容， 无线传真技术的发展也为传真系统的应用开拓了更加广阔的空间。 1 3 传真通信中调制解调技术概述 调制解调技术的研究始于1 9 1 9 年，但真正利用该技术在模拟电话信道上实 现数据传送则是在1 9 5 0 年代中期，国际电话电报咨询委员会( 简称c c i t t ，即现 在国际电信联盟i t u 的前身) 在1 9 6 0 年代初正式发布了调制解调器的第一个算法 标准v 2 l 。随后，由于技术的不断发展，又相继推出了一系列新的标准：v 2 3 、 v 2 6 、v 2 7 和v 2 9 等标准。每一个标准的发布，都意味着调制解调技术又达到了 一个新的高度。 1 9 6 4 年，c c l l v r 发布的v 2 l 建议和v 2 3 建议，在公用电话交换网上的传输速 率可分别达到3 0 0 b p s 和6 0 0 1 2 0 0 b a u d ，调制方案均采用f s k ，未使用均衡技术。 当时的硬件设计以模拟原件为主，只有少量用于数据信号接口的电路采用逻辑元 件，1 9 7 2 年，制定了v 2 6 b 泌建议，用于公用电话交换网中的标准化2 4 0 0 1 2 0 0 b p s 调制解调器，采用更先进的正交幅度调制技术和自适应均衡器，较大的提升了传 输速率。1 9 7 6 年公布的v 2 7 建议，在租用电话型线路上使用4 8 0 0 b p s 标准化调制 解调器。1 9 8 4 年又修订出v 2 7 t e r 建议，用于公用电话交换网上4 8 0 0 2 4 0 0 b p s 调制 解调器标准，采用了八相差分调制技术。1 9 8 8 年又发布了v 2 9 建议，是用于点对 北京t 业大学t 学硕士学位论文 点四线租用电话型线路的调制解调器标准，由于使用了更先进的调相和调幅相结 合( 8 相4 幅) 的调制方式，属于正交双边带调制。相比于v 2 7 t e r 建议，传输速率 又进一步提高到9 6 0 0 b p s 。 符合v 2 9 建议的调制解调器支持9 6 0 0 b p s 、7 2 0 0 b p s 和4 8 0 0 b p s 三种速率的同 步传输，不论是哪一种速率，其码元组速率均为2 4 0 0 波特，即使用2 4 0 0 b a u d 的调 制速率在线路中传输正交调幅( q a m ) 信号，信道载频为1 7 0 0 h z ，而没有选用 v 2 7 等所使用的1 8 0 0 h z ，因为在标准话路频带中，低频端要比高频端好i lj 。v 2 9 的调制解调原理将在以后的章节中详细介绍。 文献1 2 中提出的v 2 9 解调算法在实现载波同步时，需要先发送一段载波信号 作为导频，然后对这段载波用数字锁相环进行跟踪。如果不发送载波信号时，此 方法就失效了，为此，本课题研究了无需发送载波的解调算法。 1 4 基于c d m a 网络的三类传真业务研究现状 通常使用的无线通信系统主要包括g s m 和c d m a 两种。g s m ( g l o b a ls y s t e m f o rm o b i l e ) 是为公共电话服务开发的一种数字通信系统。g s m 系统最初源自欧 洲的移动通信标准，虽然g s m 的设计开发和i s d n 网络相兼容，可以看作是电话 系统的一部分。但是在g s m 通信传输中存在多径衰落，无疑会给g s m 网络传真 通信带来影响。另外，在g s m 通信系统中开发基于g 3f a x 的无线传真功能也增 加了开发成本，从而影响了基于g s m 网络的无线传真的开发和应用。与g s m 通 信模式相比，c d m a 通信技术具有发射功率小、不掉线、容量大、带宽宽、投资 小等优点，这些优点为c d m a 网络应用于无线接入技术提供了良好的保证，也为 基于g 3f a x 的无线传真的发展奠定了实际应用基础。 1 9 9 3 年，高通公司提出了c d m a 第一个商用标准，被美国t i 舰认定为i s 一9 5 a 标准【4 】。1 9 9 4 年，第一个c d m a 商用网络在香港开通。1 9 9 5 年，c d m a 在韩国、 美国、澳大利亚等国得到了大规模应用。2 0 0 0 年7 月，高通利用基带调制解调芯 片c s m 5 0 0 0 和移动台调制解调芯片m s m 5 0 0 0 ，首次成功进行了双向1 5 3 k b i t s 的 c d m a 2 0 0 01 x 高速无线分组数据实验。测试结果表明c d m a 2 0 0 01 x 在语音容 量、数据吞吐量、通话和待机时间方面均比i s 一9 5 有明显的优势。韩国三星公司 于2 0 0 0 年8 月成功开通了世界上第一个c d m a 2 0 0 01 x 实验局。截止2 0 0 8 年， c d m a 2 0 0 0 用户超过2 7 5 亿，c d m a 2 0 0 0 占全球3 g 市场份额的8 0 。c d m a 将继 续赢得更大的市场份额，c d 妣0 0 0 丰富的运用市场极大的推动了c d m a 2 0 0 0 技术本身的完善。 基于c d m a 网络的g 3 传真业务是c d m a 网络数据业务非常重要的一个方 面。c d m a 网络数据业务的发展也从一个侧面体现了本地区g 3 模拟传真业务的 发展现状。目前，国际上使用c d m a 的国家很多，其中日本和韩国对移动数据业 第1 章绪论 务的开展是比较好的两个国家。日本移动通信的发展已经相当成熟，移动数据的 市场也基本形成。对c d m a 网络的g 3f a x 无线传真开发处在领先地位的还有韩 国的l g 公司，美国的高通公司由于拥有c d m a 的版权，因而在c d m a 网络的无 线传真方面占有绝对的优势，而且也有一些公司在从事无线传真接入终端的研究 开发。我国对基于g 3f a x 的无线传真的研究开发较晚，从相关的文献资料【3 】来 看，基于g 3f a x 的c d m a 网络无线传真试验仅仅完成了无线对p s t n 网络有线传 真机的传真试验，而两个无线终端之间的传真还没有相关的报道。另外，除了部 分的科研院校对基于g 3f a x 的c d m a 网络无线传真的研究外，我国的华为技术 有限公司、中兴通讯股份有限公司、北京首信公司等其它一些通讯公司也在开发 基于g 3f a x 的c d m a 网络无线传真业务。其中华为采用的是美国思科公司的技 术，中兴开发的是基于板卡式无线传真业务，首信开发的是基于手机终端的无线 传真业务。 1 5 课题背景及现实意义 虽然我国的传真通信业务保持着着较高的增长速度，可是国内的研究机构在 传真技术方面的研究却进展缓慢。这是因为虽然国际电信联盟( i t u ) 公布了调 制解调标准，但是只对调制的框架作了规定，没有规定具体的方法，更没有规定 解调的方法。国外的调制解调器制造公司对解调算法进行保密，所以导致目前调 制解调芯片被外国公司垄断的局面。 调制解调技术是传真通信中的关键技术【5 】，我国在这一环节上与国外相比尚 存在较大差距。发展我国传真产业，实现传真通信技术完全国产化，首先要对调 制解调技术进行研究和突破。 本课题是与北京首信公司合作开发基于c d m a 2 0 0 01 x 平台的无线传真业 务，该项业务在一些通信设施较落后的国家或地区有较好的应用市场。该项业务 采用的调制解调技术需要采用软件实现方式，以便运行于c d m a 2 0 0 01 x 基站系 统的板卡中，而调查发现无法通过外购获得，需要立足于自主开发并有创新。 本文主要负责其中的调制解调器技术的研究开发，主要包括用于传真报文传 输的v 2 9 调制解调算法的研究与实现；将v 2 9 调制解调算法移植到d s p 上， 并进行优化实现；v 2 7 t e r 调制解调算法从m a t l a b 到c 的转换实现。 1 6 论文的组织结构 本课题为基于p c 机和c d m a 2 0 0 0l x 移动通信平台的g 3 传真算法的研究 与实现及其在d s p 上的优化实现，主要包括以下几部分内容： 北京t 业大学工学硕十学位论文 第一章主要介绍传真通信的发展、基于c d m a 网络的g 3 传真业务研究现 状以及研究课题的来源和意义。 第二章研究了传真调制解调标准v 2 9 的调制算法，设计并实现了调制算法， 并对结果进行了测试，测试验证了该算法的有效性。 第三章研究了传真调制解调标准v 2 9 的解调算法，设计并实现了解调算法， 在解调算法中对判决模块采用与调制算法相对应的信号空间逆映射判决方法，克 服了一般相干解调抽样判决的复杂性，增强了解调算法的抗干扰能力，提高了相 位判决精度；改进了一种载波同步的方法，该方法采用了判决反馈环路逐渐对频 差进行补偿，使频偏趋于o ，达到了载波恢复的目的，实了现相干解调对载波同 步的要求。测试验证了该算法的正确性。 第四章研究了传真调制解调标准v 2 7 t e r 的调制解调原理，并在m a t l a b 中仿 真分析了所设计的算法的正确性和可行性，然后转换为c 语言程序，测试得到 的结果与m a t l a b 仿真结果相同，验证了c 程序可以实现调制解调的功能，达到 了预期的效果。 第五章将v 2 9 调制解算法由浮点转化成定点程序，并移植到t m s 3 2 0 c 6 2 1 1 d s p 平台上，对算法进行测试和代码优化，以便于在c d m a 2 0 0 01 x 移动通信平 台上使用。优化前后代码的执行指令周期比为2 8 0 6 ，代码执行效率提高了2 7 倍， 取得了较理想的优化效果。 最后对本文主要工作进行总结，并对下一步工作进行展望。 第2 章v 2 9 调制算法研究与实现 第2 章v 2 9 调制算法研究与实现 2 1v 2 9 调制器简介 v 2 9 调制解调器是用于点对点四线租用电话电路或者质量较高的电路中的9 6 0 0 b p s 调制解调器【6 j 。根据信道特性可降为7 2 0 0 b p s 和4 8 0 0 b p s 两种传输速率。采用调幅调相 ( m q a m ) 相结合的调制方式，根据不同的速率m 分别取1 6 值q a m 、8 值q a m 和4 值q a m 。这 种正交调幅方式的调制信号实现了对载波幅度和相位的联合调制，可以达到较高的传信 率。其工作线路信号的载波频率为1 7 0 0 h z 。但是，不同的信息传输速率在串并转换时形 成的信号码元组的比特数是不同的，下面将分别介绍不同信息传输速率下的不同情况。 2 1 1 传输速率为9 6 0 0 b p s 的v 2 9 调制器 当数据信号速率为9 6 0 0 b s 时，要发送的数据序列经串并变换成2 4 0 0 波特的信号 码元流，每4 个信号b i t 合为一组。这四个比特中，其中，第一个比特q 1 用来确定发 送信号码元的幅度，第二、三、四( q 2 ，q 3 ，q 4 ) 比特按v 2 9 建议的规定，相对于 前一码元组的相位变化进行编码，二者结合成调幅调相信号，在接收端，对后3 b i t 码 组进行译码，并按照正确的次序重新组合。下表2 1 为q 2 q 3 q 4 进行八相差分调制的 相位变化编码表，下表2 2 是信号码元相对幅度的变化规则，图2 1 为按照上述规则得 到的1 6 q a m 信号空间矢量图。 表2 1v 2 9 相位变化编码表 t a b l e2 1v 2 93 b i tc o d i n gp h 勰i ct m s f o m a t i o n 3 b i t 组( q 2 q 3 q 4 ) 相位变化( 度) 0o1 o 0oo4 5 olo9 0 01l1 3 5 lll 1 8 0 1lo2 2 5 1002 7 0 lol3 1 5 北京下业大学工学硕十学位论文 表2 2v 2 9 相对幅度变化 t a b l e2 lt r a i i s f o m a t i o no fv 2 9r e l a t i v e 锄p l i t u d e 绝对相位q 1 相对信号码元幅度 o3 0 。、9 0 。、1 8 0 。、2 7 0 015 0压 4 5 。、1 3 5 。、2 2 5 。、3 1 5 。 1 3 压 么吨， 气| 。n r tc z 一 弋； o 2 t 0 图2 19 6 0 0 b p s 调幅调相信号星座图 f i g u r c2 一lc o i l s t e l l a t i o nf o rq a mw 油9 6 0 0b i 讹d a c as i 印a l i n gr a t e 传输速率为7 2 0 0 b p s 的v 2 9 调制器 信号速率降为7 2 0 0 b p s 时，将输入的数据流按照3 比特分组，为了设备实现方便， 特组与9 6 0 0 b p s 时的4 比特组中的q 2 q 3 q 4 相对应，这样发送信号码元的相对相 8 种取值，而幅度则只有3 和芝两种。下图2 。2 为其调幅调相信号的矢量图。 一 3 j q r t ( 2 ) 厂 2 7 0 图2 27 2 0 0 b p s 调幅调相信号星座图 f i g 岍2 - 2c o n s t e l l a t i o nf o rq a m w i t t l7 2 0 0b i 佻d a t as i 印a l i n gm t e 8 第2 章v 2 9 调制算法研究与实现 2 2v 2 9 调制算法的正交调制原理 从v 2 9 调制系统输出的信号为q a m 信号。正交幅度调制( q a m ) 技术是采用幅度 和相位联合调制的一种调制方式【刀，它结合多进制技术，利用两路正交载波对信号分别 进行双边带抑制载波调制，很大程度的提高了频带利用率。当数字基带信号是一个序列 时，正交调幅信号可表示为【7 】： s o ) = g ( f 一圮) c o s ( 2 万z f + q ) ( 2 1 ) 式中幺第k 个码元的相对相位； 五_ 载波频率； z 码元持续时间间隔； g o ) 成形脉冲波形； 将上式展开可以看到： s ( ，) = g o 一红) 【c o s ( 2 万z f ) c o s 皖一s i n ( 2 万z f ) s i i l 皖】 ”1 ( 2 2 ) = g o 一后1 ) c o s 皖c o s ( 2 万z f ) 一g o 一圮) s i l l 皖s i n ( 2 万z f ) 令 g o 一七1 ) c o s 皖= i 沁t g o 一七1 ) s i i l 吼2 i m t 则上式变为： j ( f ) = r e 。c o s ( 2 万力) 一i i l l is i l l ( 2 万z f ) 打= 疗鲞 式中r e 。信号空间映射的信号矢量的横坐标； h i l 。信号空间映射的信号矢量的纵坐标； ( 2 3 ) 可以通过改变信号空间矢量的横纵坐标值来决定信号的相位和幅度，c o s 晚和s i n q 是原二进制数字序列经过一系列编码变换而得到的，它携带着原数字信号的信息，在接 收端通过对其解码可以得到原数字信号。 北京工业大学t 学硕十学位论文 2 3v 2 9 调制算法的研究与实现 v 2 9 调制器主要包括扰码器、串并转换、相对相位编码、信号矢量映射、滚降滤波 器、载波发生器、移相器和加法器。 图2 3 为v 2 9 调制解调器调制端原理框图，发送的二进制信息序列经扰码后又经串 并转换变成2 4 0 0 波特率的信号码元序列。然后对码元序列进行编码，编码后再映射为信 号空间中的信号矢量。用升余弦滚降滤波器整形后，经1 7 0 0 h z 载波调制，合成一路信号， 变为模拟信号发送出去。以下将详细分析各个模块。 图2 3v 2 9 建议调制端原理框图 f i g u r e2 3m o d u l a c ep r i n c i p l eg m p h0 fv 2 9 2 3 1 数字序列的扰码与解扰 通常人们会认为数字传输系统中信源二进制序列的“0 ”、“1 ”是等概率出现的， 并且前后相互独立具有随机特性。而实际上，数字传真通信中待发送的数字信号，在某 些时间内可能会有明显的规律性，比如含全“1 ”或全“o ”信号，这样会给传输造成一 定困难，表现为影响定时信号的提取。为了使接收方能在准确的时刻上判定定时信号的 取值，在接收端需要一个与发送端完全同步的定时脉冲，这个脉冲是从信道上传来的数 据信息序列中提取的。如果发送的传真数据序列中出现电平长时间没有变化，将使接收 端无法产生稳定的定时信号而造成定时中断或失误。另外，在调制信号中可能出现某种 序列的多次重复，如o o l 、0 0 1 、或1 0 1 0 1 0 1 0 ，这种短周期特性会使数据在信道 中传输时产生“路际交调 ，即多路间相互调制，容易产生非线性单音信号，这种单音 信号有可能落在相邻的信道中，对相邻信道中所传输的信号造成干扰。为此，在对数字 信号调制前先将其进行扰乱，使之成为伪随机序列，这种处理就是扰码。扰码虽然将数 字信号的原有形式打乱了，但是这种打乱是有人为规律的。最有效的扰码方法是在发送 端用一个随机序列与输入序列进行逻辑加，这样就可以把输入的任何数据序列( 全“o ”、 第2 章v 2 9 调制算法研究与实现 全“l 及短周期序列) 变为随机序列，然后把这一序列作为信道序列进行传输，而在 接收端将接收到的数据序列进行解扰。能够实现扰码和解扰的模块分别称之为扰码器和 解扰器峨 扰码器的工作原理是利用反馈移位寄存器产