[发明专利]一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器

说明书

本发明提供一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器，包括并列设置的n个MPI进程，每个MPI进程均包括依次连接的解调码同步模块和解模糊模块，解调码同步模块用于接收QPSK信号并解调同步生成I路码同步数据和Q路码同步数据输出至解模糊模块；解模糊模块包括并列设置的4个数据译码组合线程、4个共享缓存和4个帧同步线程，每个数据译码组合线程均与1个共享缓存和1个帧同步线程依次连接，每个帧同步线程均与4个数据译码组合线程连接。本发明实现了多线程并行的两级解模糊的软件框架、基于OpenMP的多Sections实现自定义线程动态调度模型。在提升解模糊实时性的同时保证了数据完整性，自定义线程动态调度模型可根据数据码率动态调整工作线程数量。

技术领域

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器。

背景技术

卫星通信的带宽和功率均受限，因此常采用恒定包络类型调制作为传输体制。QPSK是恒定包括类型调制中最典型的一种，广泛应用于包括民用无线通信、卫星导航及深空通信。接收方进行解调译码时，需进行载波恢复、码同步、解相位模糊等操作恢复载波，通常使用4次方环，costas环等非线性载波恢复方法，从而带来了相位模糊，其相位模糊可能为0°、90°、180°或270°四重相位模糊。

目前，应用于通信系统中的基带设备中实现QPSK解调相位解模糊功能的方法是基于FPGA(Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列)编程，通过帧同步识别帧头数据来判断解调数据此时属于哪种相位模糊状态。传统工程实践方法需要依次对四种相位模糊的数据进行判断，假设解调数据的相位，将数据进行帧同步，如果帧同步失败则再换下一种相位进行判断。此过程中会造成解调数据的损失和信息的浪费，这在深空通信中是不可接受的。

发明内容

本发明是为了解决QPSK解调相位解模糊的计算性能差和数据不完整性问题，提供一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器，利用MPI和多线程并行执行数据译码组合和帧同步，以多核多路CPU的计算能力和多个共享内存空间为代价，保证了正确的输入序列数据完整性，不需要多次串行尝试每个输入序列译码结果是否能帧同步，再确定正确的输入序列，利用纯软件实现信号软解调，有效提升计算性能并保持数据的完整性。

本发明提供一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器，包括并列设置的n个MPI进程，n≥1；每个MPI进程均包括依次连接的解调码同步模块和解模糊模块，解调码同步模块用于接收QPSK信号并解调同步生成I路码同步数据和Q路码同步数据输出至解模糊模块；

解模糊模块包括并列设置的4个数据译码组合线程、4个共享缓存和4个帧同步线程，每个数据译码组合线程均与1个共享缓存和1个帧同步线程依次连接，每个帧同步线程均与4个数据译码组合线程连接；数据译码组合线程用于接收I路码同步数据和Q路码同步数据并进行Gray译码、IQ组合及码型变换生成译码组合数据写入共享缓存，共享缓存用于存储译码组合数据，帧同步线程用于从共享缓存中读取译码组合数据并进行帧同步处理，帧同步线程用于完成帧同步处理后生成帧同步锁定消息并同时发送给4个数据译码组合线程，数据译码组合线程用于接收帧同步锁定消息并判断是否是本数据译码组合线程对应的帧同步锁定消息，如果判断为是，则数据译码组合线程继续进行数据组合和译码工作，如果判断为否，则停止数据组合和译码工作直至接收到本数据译码组合线程对应的帧同步锁定消息。

本发明所述的一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器，作为优选方式，n与QPSK信号的路数相同；被激活的MPI进程始终从进程0开始，按进程号顺序激活；MPI进程在同一台机器上创建。

本发明所述的一种基于MPI和多线程的QPSK解相位模糊器，作为优选方式，数据译码组合线程包括OpenMP Sections软件架构，OpenMP Sections软件架构用于将I路码同步数据和Q路码同步数据进行分段覆盖操作。