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无人机在军事领域和民用领域发挥着越来越重要的作用。无人机数据链是无人机与地面控制终端进行信息传输和交换的综合通信系统,数据链系统的性能直接影响到无人机的整体性能。连续相位调制是一类恒包络数字调制技术,具有较高的频谱利用率和功率利用率。本文以无人机通信数据链为应用背景,提出将CPM调制技术应用于无人机数据链通信系统,研究了串行级联连续相位调制通信系统中频偏估计、解调和解码等核心算法及其高效的VLSI实现技术,为推动CPM技术的应用、设计无人机数据链通信系统提供一定的指导。本文的主要研究成果和创新性体现在以下几个方面:1.提出了基于LDPC码的TCM-CPM串行级联系统。TCM技术能在不扩展带宽的前提下提高频谱利用率,本文提出将TCM技术与CPM调制相结合应用于无人机数据链通信系统,并采用LDPC码作为外码以提高系统的可靠性,构成TCM-CPM-LDPC串行级联系统,达到效率和可靠性的较好结合。在接收端,TCM-CPM的解调之后的软信息直接送入LDPC译码器进行信道解码,软信息不需要在解调和译码两个模块之间迭代传递,省略了交织和解交织操作,降低了接收机硬件实现复杂度和处理延时。仿真和实现结果表明,基于LDPC码的TCM-CPM串行级联系统具有较高的编码增益,并且能够容忍较大范围的频率偏移。2.针对无人机在高速移动环境下引起的多普勒偏移,本文采用了基于数据辅助的方法,通过特殊的导频序列将TCM-CPM信号转化为单频复正弦信号再进行频偏估计;提出了一种简化的基于Fourier插值的频率估计算法,简化的频率估计算法主要操作包括FFT计算、最大值搜索和两点DFT计算等步骤,算法性能接近理论估计的下界;在对频率估计的VLSI实现过程中,本文从FFT处理器实现入手,提出采用CORDIC操作计算FFT中的复数乘法,避免了复数乘法操作,对内部计算计数器进行变换得到CORDIC单元的输入旋转角度,不需要使用ROM资源,采用该方法和Radix-4结构实现了低开销可配置FFT处理器;通过对基本CORDIC单元进行扩展,提出了采用多模CORDIC操作有效支持频率估计算法各步骤中的复数乘法、复数求绝对值以及实数除法等操作,基于FPGA设计实现了计算高效的频率估计器。3.针对Log-MAP算法中的max*操作提出了一种改进实现方法,提出了采用最大值操作和分段线性函数对max*操作进行近似,分段线性函数中采用了特定的系数和常数,可以通过移位和加法操作有效实现max*操作,仿真结果表明,采用改进max*操作的算法与原始Log-MAP算法性能相差不到0.05d B;本文针对CPM非相干解调,提出了一种改进的分支度量计算方式,基于Log-MAP算法框架提出了软判决非相干解调算法,该算法能够容忍较大的频率偏移和相位噪声,适合于载波恢复困难的情形;为了降低存储开销和解调延时,采用了Tubo译码中的滑窗技术,基于滑窗技术和改进的max*操作设计实现了TCM-CPM非相干解调器。4.针对基于准循环双对角校验矩阵的LDPC码,对比研究了矩阵分解编码算法和分项累加递归编码算法,证明了两类算法从实现角度是等价的。基于分项累加编码算法,提出了一种适合准循环双对角LDPC码的部分并行编码结构,设计实现了IEEE 802.11n标准中的低开销高吞吐率LDPC编码器;深入研究了LDPC译码的BP算法、最小和算法及修正的最小和算法,分析了泛洪和层次化调度两种不同的消息传递机制,提出了基于分层最小和算法的QC-LDPC码译码器的通用实现结构,分别采用并行度为73和并行度为27的部分并行结构设计实现了CCSDS标准所建议的(8176,7154)QC-LDPC译码器以及IEEE802.11n标准的LDPC译码器。FPGA实现结果表明,所设计的LDPC译码器面积开销较小,满足低硬件开销、高吞吐率的应用环境。