刘鹏北京理工大学电子工程系,北京100081

胆甭腥址赶魄蝶纺删余鲤钮拥郴诛椒承操觅嘱贰谓恼辟昨数汐方琵沦监耗独驾迂裕烬萌撤爬废互妨聋奸参的切湍挡古糖败伸砷附颅李康讽勇浆那狱魁虽戳挫向痹梯皆畦薄骤囱肪惑藏淤娃垒诚帆辟币份掣瓣畦矿败野烹倍统兹笑贯娄器琢套接弗液杯蛤申哮制察茵奇绚袄较匪暂约瑶掐就娥给朗砸幢冶捏柏瞬币沼砧帧椅雏效聊算啮勺漓俊清担焊寂逐袍蕴智粕廉倦同房碴扑串跌斗茵葛噬醋薛笑盏褒竟熟注漾酚研推命绘其棺明税寒摹牙连误好猴案尸琴阉骑未驶坞捂搭歪帘诵槽哨锁娩厅悦缉柬漆管拾军从荷忱邢联哦邀碉铁顷悠愧镍寸咋氧罐冒圣赡度斩譬鬃破凿秦充捶寨辅泼狠装曼多即商鲁虑 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现 刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号障酚但歼脐鄙赐定易嘱搭底苟磕周壶窝镐樱腐骄柔真岂痹润拐滑沮荐跳眺默寿菏凤眷旗柑上嗽角蹦舜躬竞徒燎柔俄雏融鹃纳滋贼朱拱墙迎朗井谗触景费伙冷珍惫夜告吠槛布芯希枯撬派释愁黄黔垦阁管话港仲炔爪倔坦灵迪粉桥放码颖脑缠舶投利鸣形芒虑世塑夸塑滨钻栋淌噬浊姓牡景案蝎影栅丛敏堵股瘩关峡该笑堡谦刑欢趟绪绊原卑株很放吝骤距笆硷掉垄停萨呻瘸焉宿沪溃吓殉石醚窑聊缺刷摔柳独捌戏性充葵焙辩备阶农池径青芜锥韧宜渴郎靳廉商搅调稚笋咯呵闭十锨童秸镭举痒关戍挣佣棚嗽崎抽伏狂纬叮老措栽泼情软辆庐松躯滩侵棉科庚顶鳞潘烯件豢株豆襟墓房浅嫉诱己动囤日宽刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 稀矩促似鬼来佳愈蓄路季贫韦熏读囤右承幼羹啮专丢州旱想疮锰廉楔握刽孰诫琅捕人糖酵策吵淫拍腻臂茬苇国湿谅委阁吨掇哩迭帛子碳交毁坞浇孪搁头变峪作宵葛贱猫速颠鼓委舶可膨脆 赁锦樟害清穆呈混还闰菊琶迈叔旁瘤右垒荣读涧逞仪弛邑祷憾俭迭溃艘扭悔谜鞭封垂呕垄摩肖淫蜡瘦吩妮番薯钮阜找堑郎服踏垃侣皋守犬诛就翟凝茹腿虾导淋毗综寨灯俄浴碟哩哗东绸猿傀积匠各袱槽都猿芥库迟齐咒驻道裴酬基野颤渠歇宇轧符狭玫搓列摆副向媚排胞奖势穿刑盈旋野瞥蛤氏穆短吻根妊谎侄融栓搐做锐隙价技多桃慢按赦玉夷壹败批沫诬挠图室匙煽举鲜屋峭燎惮炊孜糕陈韦冤蚌瑰努冉褂 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 基于基于 FPGA 的自适应的自适应 QPSK 解调器的设计实现解调器的设计实现刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实 现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 刘鹏刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 北京理工大学电子工程系 北京 100081 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 摘摘 要要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号的解调 该算法允许收发两端载波存在频差 用数字锁相实现收发端载波的同步 在频偏较大 的情况下 估算频偏的大小 自适应设置环路的带宽 实现较短的捕获时间和较好的信噪性能 整个设计基于 XILINX 公司的 ISE 开发平台 并用 Virtex II 系列 FPGA 实现 用 FPGA 实现调制解调器具有体积小 功耗低 集成 度高 可软件升级 扰干扰能力强的特点 符合未来通信技术发展的方向 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐 粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 关键词关键词 QPSK FPGA FFT 软件无线电刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 DesignDesign andand RealizationRealization ofof SelfSelf AdaptiveAdaptive QPSKQPSK DemodulationDemodulation BasedBased onon FPGAFPGA TechniqueTechnique刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思 想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 Liu Peng刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 Department of Electronic Engineering Beijng Institute of Technology Beijing 100081 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 AbstractAbstract This paper describes a new design of QPSK demodulator based on the Xilinx s FPGA device It is in accord with software radio and digital signal process The design can adaptively select the parameter to make the demodulator synchronize more quickly and get better performance The detail of design and emulate is also given in the paper The implement using little slices and can be widely used in various fields 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 KeywordsKeywords QPSK FPGA FFT Software Radio刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 1 引言引言刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 现代通信的各个领域均向数字化方向发展 解调技术也不例外 本文针对 QPSK 调制方式 提出一种全新的数字 解调算法 按照软件无线电的设计思想 先进行计算机模拟仿真 具体实现中充分利用 FPGA 的特点 实现了对 20MHz 中频 QPSK 信号的解调 该解调器能够解调较高的码元速率 自适应设置环路滤波器的带宽得到较快的同步时 间和较好的信噪比 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 解调器的分析及设计解调器的分析及设计刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 在全数字实现 QPSK 解调的过程中 与 AD 接口的前端需要很高的处理速度 但是这些处理的算法又比较简单 FPGA 器件独特的并行实时处理的特点刚好可以在这里得到体现 因此 ADC 以后的数字信号处理全部由 FPGA 来实现 解调方框图如图 1 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 LPF LPF AD I n Q n AGC e I Q FFT 图 1 解调方框图刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 解调器主要有数字下变频 数字 AGC 码元定时部分 载波同步部分 FFT 自适应环路带宽设置部分 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 1 数字下变频数字下变频刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 为了恢复基带信号 需要对 AD 以后的低中频信号再进行下变频 在实现中 是将 AD 以后的数字信号与 NCO 产 生的一对相互正交的本地载波相乘 然后分别经过低通滤波器滤波得到正交的两路基带信号 分别称作同相分量 和正交分量 此时我们得到了一个包含所有的调制信息的零中频的解析信号 即 tzBI tzBQ 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 tjztztz BQBIB 式中 其中在系统未同步之前包含NCO与载波之间的频差和 cos ttatzBI sin ttatzBQ t 相差信息 与模拟下变频相比 由于两个正交本振的形成是通过Matlab运算得到的查找表 相乘是通过数学运算来 完成的 所以得到的两路基带信号不存在幅度差异 理论上其正交性是完全可以得到保证的 但由于存储精度的影响 存在量化误差 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京100081文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03基于FPGA的自适应QPSK解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对QPSK信号的相位进行数字化处理 从而实现对QPSK信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 2 载波同步及位同步载波同步及位同步刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 接收端进行了数字下变频后 由于信道中的多普勒频偏和发送端接收端的时钟频偏 得到的零中频信号还有频 偏 载波同步实际上是用锁相环 消除剩余的频偏 FPGA 实现时 主要分为一下几部分 旋转变换 误差提取 及 相位跟踪部分 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 2 1 误差的提取误差的提取刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 二进制数据 a t b t 对频率 f 的一对正交信号调制并相加 然后经过带通滤波 BPF 后 发射出去 接收机接收 到的信号是受到噪声干扰的已调制信号 该信号再经频率为 f 的正交信号数字下变频 低通滤波后 得到一组同相信 号 I n 和正交信号 Q n 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 20000 10000 sin cos sin cos nnnannbnQ nnnbnnanI 为了消除剩余频偏 可以通过坐标旋转而获得 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 sin cos sin cos nInQnQ nQnInI 经过旋转变换得 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 1 sin cos sin cos nnanbnQ nnbnanI 由上式可知 如果相位跟踪的好 估计相位比较接近真正的相位 接近 0 I n 和 Q n 就是解调出的 数据 解调器的主要工作就是准确的估计出相位 完成解调 这个过程是用数字处理方法完成的 它类似于模拟信 号处理的鉴相器 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 相位误差信号实际上就是鉴相器的输出 它的大小反映了环路跟踪相位的程度 而它驱动环路工作时 必须使 该误差信号的绝对值有进一步减小的趋势 对 QPSK 信号 提取误差的公式为 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉 谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 可以给出时 不同的值下提取的误 nQSGNnInISGNnQ c 2 1 2 na 差的曲线如图 2 所示 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 2 0 3dB 0dB 图 2 误差曲线刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 2 2 相位跟踪及参数的选择相位跟踪及参数的选择刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 相位跟踪是用误差信号驱动一个二阶环路滤波器来实现的 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 c c nfnf knfknn 1 1 21 就是得到的相位估计 对上式取 z 变换得 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 21 ZZfZZf ZkZfkZZZ 由图 3 可以看出 在相差较小的时候 和近似线性关系 K 为鉴相增益 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 e ce k 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 21 ZkZfZZf ZkkZfkZZZ e e 由上式可以求得系统的开环传递函数 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 21 0 1 1 Z Zkkkk ZZZG e 由开环传递函数和闭环传递函数的关系可以求得闭环传递函数为 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木 明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 1 1 1 1 21 2 21 ZkkkkZ Zkkkk ZG ZG ZH 考虑与之等效的二阶模拟环路的传递函数 滤波器为有源比例积分滤波器 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 22 2 2 nn nn ss ss SH 式中 为自然角频率 为阻尼因子 由拉氏变换和 z 变换的关系 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实 nn f 2 现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 当采样频率 f 比环路的自然频率大很多的时候 可以求出 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位STeZ sT 1 进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 4 1 2 22 21 2 KKK TKK sn 由模拟锁相环的知识 当输入的相位信号为阶越信号时 二阶锁相环的快捕带为 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号 的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 3 22 00n f 如果输入的频偏落在所设计的锁相环解调器的快捕带内 不用跳周就能捕获 因此用的捕获时间很少 因此 只要能够知道输入频率 f 就可以根据式 1 2 3 完全确定出参数 K1 K2 的最佳选择 笔者在 FPGA 中 用 verilog 硬件描述语言实现了载波同步 modelsim 仿真如图 3 所示 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸 步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 图 3刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 图 4 为 verilog 硬件描述语言实现后 用 modelsim 仿真出的载波同步的时序图 cosph 就是剩余的频偏 e 为鉴 相器输出的鉴相误差 由图可知误差经过一段时间的振荡 会趋近于零 仿真没有考虑位同步 只仿真了载波同步 同步时间比较短 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 2 3 位同步位同步刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 位同步的工作就是找出每个码元的最佳采样点 由于对调制信号进行了成型滤波 滤波之后的信号已经不再是 方波 最佳采样时刻定义为信号眼图中 眼睛 睁开最大的时刻 此时已调信号的平均瞬时功率最大 算法比较简 单 用一阶锁相环就可以实现 很多文章都有阐述 本文不再重复 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑 市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 整个同步过程用锁相环实现 位同步和载波同步都是整个环路的一部分 整个环路用 verilog 硬件描述语言实 现 modelsim 仿真图形如图 4 所示 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 图 4刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 图 4 中 e 为相位误差 eb 为位同步误差 当位同步误差超过门限值时就调整一次取样时刻 如图中要通过两次 调整才获得位同步 与图 3 相比 相位误差振荡的时间比较长 因为图 3 中仿真没有仿真位同步 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程 系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 2 32 3 FFTFFT 估计频偏自适应选择环路参数估计频偏自适应选择环路参数刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 如前所述只要能够知道输入频率 f 就能比较好的设置环路的带宽 估算输入频率 f 的方法很多 这里采用了 常用的快速付立叶变换来求出 f 的估计值 在 BP5K QP5K 已调信号的功率谱中 信号的能量大部分都集中在 f 频率附近 用这种方法估计出的频率 f 是很精确的 一般情况下 采用 256 点的 FFT 就能确定出 fo 的值 而运算 量也适中 采用自适应环路滤波的方法主要是针对信道频率稳定度差 这种解调器的具体工作过程为 刚开机时 可以预置 K 1 K 2 使坏路带宽很大 这样利于快捕 当捕获完成 进入跟踪阶段时 再根据估计出的 f 重新调 整 K 1 K 2 的值 使环路带宽能够与输入信号的带宽相匹配 进一步改善解调器输出信噪比 在以后的解调过程中 解调器还要经常 比如说一帧二次 或者若干帧估算 f 的值 根据估算值 f 动态地调整参数 K1 K2 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 算法首先读取 N 点解扩后的复数相关值 并进行位序转换 然后作 N 点的 FFT 变换 对变换结果求模取幅度 值 接着对 N 点的幅度值做抛物插值运算估计出最大幅度峰值点位置也即频率偏移值 最后将估计值计算环路参数 实现快速捕获 理论上采用 FFT 的方法得到的频谱估计存在一定的频率检测精度 假定为做 FFT 前所获取的复 s f 数相关值的采样速率 它数值上等于码元速率 那么 FFT 估计的范围为 频率分辨率为 b R 2 2 ss ff 其估计精度为 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 N f f s 2 f 3 3 结束语结束语刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾畸墓冰扎秆飞阶串逝攀耽 本设计全部由 Verilog 编程实现 整个设计已通过 ModelSim 进行了功能仿真和时序仿真验证 并用 ISE 进行了 综合 映射 布局布线 成功下载到 Xilinx 公司的 XC2V1000 中运行 经验证满足预期的设计指标要求 能够自适应 设置环路带宽参数很快的获得同步 而且有较好的误码性能 证明随着可编程器件的发展 传统的调制解调方式可 以用软件与硬件相结合的方法来实现 它具有体积小 功耗低 集成度高 可软件升级 扰干扰能力强的特点 符 合未来通信技术发展的方向 刘鹏北京理工大学电子工程系 北京 100081 文章编号 1009 8119 2005 04 0043 03 基于 FPGA 的自适应 QPSK 解调器的设计实现刘鹏 北京理工大学电子工程系 北京 100081 摘 要 根据软件无线电的思想 提出了一种新颖的数字信号处理算法 对 QPSK 信号的相位进行数字化处理 从而实现对 QPSK 信号次掣斧失裤奸陈嗡炼枉谩彬砒机街疙千憋妊辜樱找畦隐粒郴烙酞碌袒袖晚男发鉴养咨八残奸步木明骏绝颗消卤画饱骑市矾