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(wú)線電技術(shù)的全數(shù)字化復(fù)雜調(diào)制信號(hào)解碼設(shè)計(jì)方案。接收機(jī)輸出的中頻復(fù)雜調(diào)制信號(hào)，經(jīng)AD采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入FPGA進(jìn)行處理，在DDC處理之后，經(jīng)過(guò)載波同步環(huán)完成PM解調(diào)提取出副載波信號(hào)，然后使用相關(guān)檢測(cè)完成副載波信號(hào)的解碼。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜調(diào)制信號(hào)；軟件無(wú)線電；鎖相環(huán)；相關(guān)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）09-0150-02

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

1 復(fù)雜調(diào)制信號(hào)信號(hào)形式

天線發(fā)射的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)形式如下[2]：

其中，K為信號(hào)開關(guān)；為復(fù)雜調(diào)制信號(hào)載頻；為副載波信號(hào)調(diào)制指數(shù)：為副載波信號(hào)包絡(luò)；為數(shù)據(jù)信息（0或1）；為副載波信號(hào)頻點(diǎn)。

副載波信號(hào)包絡(luò)的形式為：

其中，為副載波的碼元寬度。

2 副載波信號(hào)解調(diào)設(shè)計(jì)方案

副載頻信號(hào)的解調(diào)方案框圖如圖1所示。

復(fù)雜調(diào)制信號(hào)經(jīng)接收機(jī)混頻到中頻后，由AD采樣將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中中頻復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的形式為

其中為中頻載波頻率，設(shè)計(jì)中為21.4MHz。

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

2.1 DDC模塊設(shè)計(jì)

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

由AD輸入的中頻信號(hào)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(guò)兩級(jí)CIC濾波輸出零中頻的I、Q兩路正交信號(hào)，每一級(jí)CIC完成10倍抽取，輸出中頻信號(hào)的速率為1MSPS。

2.2 PM解調(diào)模塊設(shè)計(jì)

PM解調(diào)模塊主要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的PM解調(diào)。PM解調(diào)主要由載波同步鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)[3]，如圖2所示。

鎖相環(huán)設(shè)計(jì)采用常用的二階環(huán)，輸入信號(hào)為DDC模塊輸出的I、Q信號(hào)，當(dāng)環(huán)路鎖定后，復(fù)數(shù)乘法器Q路的輸出即為解調(diào)出的副載波信號(hào)，形式為

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

2.3 相關(guān)檢測(cè)設(shè)計(jì)

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

副載波信號(hào)的解碼只需檢測(cè)出在相應(yīng)的碼元寬度內(nèi)有無(wú)相應(yīng)頻點(diǎn)的副載頻信號(hào)即可。設(shè)計(jì)中采用相關(guān)檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)副載頻信號(hào)的解碼[4]，如圖3所示。

本地產(chǎn)生副載頻頻點(diǎn)的I、Q本振信號(hào)與副載頻號(hào)進(jìn)行正交混頻，然后經(jīng)過(guò)低通濾波后將I、Q信號(hào)取模，積分后進(jìn)行門限判決，如果過(guò)門限則說(shuō)明當(dāng)前時(shí)刻的副載頻信號(hào)中包含該頻點(diǎn)，ai=1，反之a(chǎn)i=0。為了保證檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)中使用多路相關(guān)檢測(cè)模塊并行處理。

3 設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果

3.1 副載頻PM解調(diào)輸出

復(fù)雜調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)載波同步環(huán)解調(diào)輸出的副載頻信號(hào)如圖4所示，經(jīng)過(guò)載波同步環(huán)后，副載頻信號(hào)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(cè)試結(jié)果與實(shí)際的發(fā)射信號(hào)編碼一致。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)基于軟件無(wú)線電的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)解碼設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，運(yùn)用數(shù)字鎖相環(huán)完成了復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，并使用相關(guān)檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)了副載頻信號(hào)的解碼。在與天線的對(duì)接測(cè)試中，能夠?qū)崟r(shí)完成復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的解碼，并能夠適應(yīng)多個(gè)型號(hào)的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的解碼。其次相對(duì)于以往模擬色設(shè)計(jì)方案，具有體積小、成本低的特點(diǎn)，具有很好的市場(chǎng)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]楊楊革文，黃蓓，陳德紅，胡天俊，顧村鋒.間斷照射碼元寬度對(duì)導(dǎo)彈截獲低速目標(biāo)能力的影響[J].上海航天，2014，31（3）：56-58.

[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(hào)源[J].制導(dǎo)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(jì)[J].信息化研究，2010，36（11）：34-36.

[4]沈川，滕振宇，馮永新，錢博.直擴(kuò)信號(hào)正交分路相關(guān)檢測(cè)方法研究[J].沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（6）：82-86.endprint