基于軟件無線電的一種復雜調(diào)制信號解碼設(shè)計

陸文斌+楊振+仝紅霞+金亭姝+周興云

摘要：本文提出了一種基于軟件無線電技術(shù)的全數(shù)字化復雜調(diào)制信號解碼設(shè)計方案。接收機輸出的中頻復雜調(diào)制信號，經(jīng)AD采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進入FPGA進行處理，在DDC處理之后，經(jīng)過載波同步環(huán)完成PM解調(diào)提取出副載波信號，然后使用相關(guān)檢測完成副載波信號的解碼。

關(guān)鍵詞：復雜調(diào)制信號；軟件無線電；鎖相環(huán)；相關(guān)檢測

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）09-0150-02

在通信系統(tǒng)中，測量信息可通過天線的復雜調(diào)制信號傳輸至接收終端，其數(shù)據(jù)傳輸方式為在發(fā)射信號上調(diào)制副載頻信號，在接收終端接收端對副載頻調(diào)制信號進行解調(diào)[1]。發(fā)射信號以PM的方式對副載頻信號進行調(diào)制，因而首先要完成PM信號解調(diào)，提取出副載波信號，然后在對副載波信號進行解調(diào)提取出編碼信息。對于不同型號的發(fā)射天線，發(fā)射復雜調(diào)制信號的方式各有不同，對于突發(fā)間斷發(fā)射的復雜調(diào)制信號的解調(diào)，要求在極短的時間內(nèi)完成主載波的捕獲、鎖定，其難度遠高于常規(guī)的PM解調(diào)。

1 復雜調(diào)制信號信號形式

天線發(fā)射的復雜調(diào)制信號形式如下[2]：

其中，K為信號開關(guān)；為復雜調(diào)制信號載頻；為副載波信號調(diào)制指數(shù)：為副載波信號包絡(luò)；為數(shù)據(jù)信息（0或1）；為副載波信號頻點。

副載波信號包絡(luò)的形式為：

其中，為副載波的碼元寬度。

2 副載波信號解調(diào)設(shè)計方案

副載頻信號的解調(diào)方案框圖如圖1所示。

復雜調(diào)制信號經(jīng)接收機混頻到中頻后，由AD采樣將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中中頻復雜調(diào)制信號的形式為

其中為中頻載波頻率，設(shè)計中為21.4MHz。

中頻數(shù)字信號首先經(jīng)過DDC完成數(shù)字下變頻，輸出正交的I、Q兩路零中頻信號；載波捕獲模塊完成主載波信號的檢測、頻率估計，為PM解調(diào)的載波跟蹤環(huán)路提供初始的頻率估計值。PM解調(diào)模塊完成復雜調(diào)制信號的PM解調(diào)，輸出副載頻信號。相關(guān)檢測模塊完成副載波信號的解碼，相關(guān)檢測模塊的數(shù)量n為副載頻信號中頻點的數(shù)量。

2.1 DDC模塊設(shè)計

DDC模塊的主要功能是將輸入的中頻信號下變頻至零中頻，同時降低處理帶寬，從而降低后端信號處理的壓力。

由AD輸入的中頻信號采樣率為100MSPS，中頻載波頻率為21.4MHz，數(shù)字下變頻的本振頻率選擇21.4MHz，經(jīng)過兩級CIC濾波輸出零中頻的I、Q兩路正交信號，每一級CIC完成10倍抽取，輸出中頻信號的速率為1MSPS。

2.2 PM解調(diào)模塊設(shè)計

PM解調(diào)模塊主要實現(xiàn)復雜調(diào)制信號的PM解調(diào)。PM解調(diào)主要由載波同步鎖相環(huán)實現(xiàn)[3]，如圖2所示。

鎖相環(huán)設(shè)計采用常用的二階環(huán)，輸入信號為DDC模塊輸出的I、Q信號，當環(huán)路鎖定后，復數(shù)乘法器Q路的輸出即為解調(diào)出的副載波信號，形式為

由于復雜調(diào)制信號是以脈沖形式發(fā)射的，先發(fā)送8個碼元寬度（1ms）的主載波信號用于載波同步。每一次接收到脈沖時，都需要在8個碼元長度時間完成主載波的鎖定，然后才能實現(xiàn)副載波的解調(diào)。為了加快鎖定時間，可以適當增加鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，同時將當前鎖定的頻率作為下一次鎖相環(huán)工作時的的初始設(shè)定值。

2.3 相關(guān)檢測設(shè)計

副載波信號的信號根據(jù)編碼信息，將一個或多個副載頻頻率相加然后調(diào)幅，信號形式為

副載波信號的解碼只需檢測出在相應的碼元寬度內(nèi)有無相應頻點的副載頻信號即可。設(shè)計中采用相關(guān)檢測的方式實現(xiàn)副載頻信號的解碼[4]，如圖3所示。

本地產(chǎn)生副載頻頻點的I、Q本振信號與副載頻號進行正交混頻，然后經(jīng)過低通濾波后將I、Q信號取模，積分后進行門限判決，如果過門限則說明當前時刻的副載頻信號中包含該頻點，ai=1，反之a(chǎn)i=0。為了保證檢測的實時性，設(shè)計中使用多路相關(guān)檢測模塊并行處理。

3 設(shè)計測試結(jié)果

3.1 副載頻PM解調(diào)輸出

復雜調(diào)制信號經(jīng)過載波同步環(huán)解調(diào)輸出的副載頻信號如圖4所示，經(jīng)過載波同步環(huán)后，副載頻信號能夠被很好地解調(diào)。

3.2 副載頻解碼輸出

圖5為副載頻解碼輸出，解碼測試結(jié)果與實際的發(fā)射信號編碼一致。

4 結(jié)語

本文對基于軟件無線電的復雜調(diào)制信號解碼設(shè)計進行了研究，運用數(shù)字鎖相環(huán)完成了復雜調(diào)制信號的解調(diào)，并使用相關(guān)檢測的方法實現(xiàn)了副載頻信號的解碼。在與天線的對接測試中，能夠?qū)崟r完成復雜調(diào)制信號的解碼，并能夠適應多個型號的復雜調(diào)制信號的解碼。其次相對于以往模擬色設(shè)計方案，具有體積小、成本低的特點，具有很好的市場價值。

參考文獻

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[2]邵晟，張琦.一種基于數(shù)字化技術(shù)的多通道副載波調(diào)制直波模擬信號源[J].制導與引信，2012，33（4）：20-23.

[3]張才霞，王少云，劉海穎.一種基于Costas環(huán)的BPSK解調(diào)設(shè)計[J].信息化研究，2010，36（11）：34-36.

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