基于軟件無線電的一種復雜調制信號解碼設計

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的全數字化復雜調制信號解碼設計方案。接收機輸出的中頻復雜調制信號，經AD采樣后轉換為數字信號進入FPGA進行處理，在DDC處理之后，經過載波同步環完成PM解調提取出副載波信號，然后使用相關檢測完成副載波信號的解碼。

關鍵詞：復雜調制信號；軟件無線電；鎖相環；相關檢測

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

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

1 復雜調制信號信號形式

天線發射的復雜調制信號形式如下[2]：

其中，K為信號開關；為復雜調制信號載頻；為副載波信號調制指數：為副載波信號包絡；為數據信息（0或1）；為副載波信號頻點。

副載波信號包絡的形式為：

其中，為副載波的碼元寬度。

2 副載波信號解調設計方案

副載頻信號的解調方案框圖如圖1所示。

復雜調制信號經接收機混頻到中頻后，由AD采樣將模擬信號轉換為數字信號，其中中頻復雜調制信號的形式為

其中為中頻載波頻率，設計中為21.4MHz。

中頻數字信號首先經過DDC完成數字下變頻，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解調的載波跟蹤環路提供初始的頻率估計值。PM解調模塊完成復雜調制信號的PM解調，輸出副載頻信號。相關檢測模塊完成副載波信號的解碼，相關檢測模塊的數量n為副載頻信號中頻點的數量。

2.1 DDC模塊設計

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，數字下變頻的本振頻率選擇21.4MHz，經過兩級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解調模塊設計

PM解調模塊主要實現復雜調制信號的PM解調。PM解調主要由載波同步鎖相環實現[3]，如圖2所示。

鎖相環設計采用常用的二階環，輸入信號為DDC模塊輸出的I、Q信號，當環路鎖定后，復數乘法器Q路的輸出即為解調出的副載波信號，形式為

由于復雜調制信號是以脈沖形式發射的，先發送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，然后才能實現副載波的解調。為了加快鎖定時間，可以適當增加鎖相環的環路帶寬，同時將當前鎖定的頻率作為下一次鎖相環工作時的的初始設定值。

2.3 相關檢測設計

副載波信號的信號根據編碼信息，將一個或多個副載頻頻率相加然后調幅，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有無相應頻點的副載頻信號即可。設計中采用相關檢測的方式實現副載頻信號的解碼[4]，如圖3所示。

本地產生副載頻頻點的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ai=0。為了保證檢測的實時性，設計中使用多路相關檢測模塊并行處理。

3 設計測試結果

3.1 副載頻PM解調輸出

復雜調制信號經過載波同步環解調輸出的副載頻信號如圖4所示，經過載波同步環后，副載頻信號能夠被很好地解調。

3.2 副載頻解碼輸出

圖5為副載頻解碼輸出，解碼測試結果與實際的發射信號編碼一致。

4 結語

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

參考文獻

[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導彈截獲低速目標能力的影響[J].上海航天，2014，31（3）：56-58.

[2]邵晟，張琦.一種基于數字化技術的多通道副載波調制直波模擬信號源[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環的BPSK解調設計[J].信息化研究，2010，36（11）：34-36.

[4]沈川，滕振宇，馮永新，錢博.直擴信號正交分路相關檢測方法研究[J].沈陽理工大學學報，2012，31（6）：82-86.endprint