基于多相滤波的正交采样零中频数字化接收及QPSK高速解调的FPGA实现

中图 分类号 ｔ Ｎ９ ４ Ｔ １
文献 标识码 。Ａ
１
引 言
随 着 现代 通 信 技 术 的发 展 ， 对通 信 数 据 链 路 的 传输 速 率及 误 码 率 的 要 求 越 来越 高 ，高 速 率 Ｑ Ｓ Ｐ Ｋ
数据传输 也应用在 了卫星 和地面站 的馈 电链 路、无人机与 地面 的数据传输 等多个领域 。对 于高速率
对 于 带通 过 采 样 技 术 ，ＡＤＣ 采 样 频 率 必须 满 足 ：
完 成 宽 带 中频 信 号 的 过 采样 。
收藕 日期 ｔ ０ ９０ ・７ ２ ０－２１ 修订 日期 ：２ ０ —５１ ０ ９０ － １
≥２ 。当
图 ２ 中频 宽 带 信 号 频 谱
中心 频 率 厂和 信 号 带 宽 Ｂ 较 高 时 ，需 要 很 高 的 ＡＤＣ采 样 频 率 才 能 ０
ＱＰ Ｋ 调 制 系 统 ，如 何选 择 较 为优 化 的数 字 化接 收及 ＡＤ 采 样 方 案 并 能 保 证 高速 解 调和 低 误 码 率 的要 Ｓ
求 ，是 需 要研 究和 折 衷 的 。
常 用 的接 收 机 数 字 化 方 式有 两 种 ： 中频 数 字 化接 收和 零 中频 数 字 化 接 收 。 中频 数 字 化 接 收 对 中频 信 号 进 行 采样 数 字 化 ，之 后 再进 行 数 字 下 变 频 和 数 字解 调 ，避 免 了模 拟 解 调器 使 用 两 个 乘 法 器 引 起 的 同相 支 路 与 正 交 支 路 幅 度 和 相 位 不 匹 配 对 解 调 性 能 造 成 的影 响 ，但 其 能处 理 的 已调 信 号频 率 受 ＡＤＣ 采 样速 率 的 限制 ；零 中频 数 字化 接 收在 模 拟 端 将 接 收信 号 转 换 为 Ｉ 、Ｑ 两 路 零 中频 信 号 ，之 后 再 进行 数 字 化 和 零 中频 解 调 ，由于 是对 基 带 信 号 进 行 采样 ，Ａ ＤＣ 的采 样 速 率 可 以大 大 降 低 ，但 由于 模 拟 正 交
第 ２期
赵 国栋 等 ：基 于 多相 滤 波 的 正 交 采 样 零 中频 数 字 化 接 收及 Ｑ Ｓ 高速 解 调 的 Ｆ Ｇ 实现 ＰＫ ＰＡ
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对 于 带通 欠 采 样 技 术 ， 当 ＡＤＣ 采 样 频 率 叠［． １ 】
１ ）
２） ：Байду номын сангаас
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．
满 足 以 下两 个 条 件 时 ，采 样 后 的信 号 频 谱 不 会 产 生 混
中频 数字 化 接 收 机 的采 样方 式有 两 种 ：带 通 过采 样 技 术 和 带通 欠 采 样 技 术 。假 设 宽带 中频 信 号 （ 的 ｆ ）
图 １ 中频数字化接收机
带 为 ，心 率 厂 ｆ 壹） 频 ）图 所 。 宽 中 频 为０ ｏ ｛ ， 谱 （ ２示 （＝ 其 厂 如
Ｑ 信 号 幅 度 和相 位 不 匹配 ，又 可 以降低 ＡＤＣ 的采样 频 率 ，而 且 也 降 低 了数字 处理 模 块 时 钟 速 率 ，十
分 适 用 于 高速 率 Ｑ Ｓ 调 制 的 数 据接 收和 解 调 。 ＰＫ
２ 中频 与零 中频数 字 化接收机
２１ 中频 数 字 化 接 收机 ． 中频 数字 化 接 收 机 结 构 如 图 ｌ 示 。 所
本 振会 导致 Ｉ 、Ｏ 两 路 信 号 幅度 和 相 位 不 匹 配 ，而且 由于 射 频 和 本 振 之 间 的漏 载 导 致 混 频 器 之 后 产 生
直 流 偏 置 ， 采 用 交 流 耦 合 抑 制直 流 分 压 的方 式 不 能应 用 于 ＱＰ Ｋ方 式 ， 都 会 导 致 解 调性 能 的下 降 。 而 Ｓ 这 本 文 提 出 了一 种 基 于 多 相滤 波 的 宽带 中频 正 交采 样 数 字 零 中频 接 收 方 案 ， 并介 绍 了一 种 全 数 字零 中频 解 调算 法 ，兼 顾 了 中频 数 字 化 解 调和 零 中频 数 字 化 解 调 的优 点 ，不 会 产 生模 拟 正交 本 振 导 致 的 Ｉ 、
Ｎｏ ２ ． ２ ０ ０１
基 于多相滤 波 的正交采样零 中频 数字 化接 收 及ＱＰ Ｋ Ｓ 高速解 调 １ Ｐ Ａ ￣Ｆ Ｇ 实现 ｇ
赵 国栋 ２ ， 徐建 良
（ ． 信 系 统 信 息 控 制 技术 国家 级 重 点 实 验 室 ，浙 江 嘉 兴 ３ ４ ３ ；２ １通 １ ０ ３ ．中 国 电子 科 技 集 团公 司 第 三 十 六研 究所 ，浙 江 嘉 兴 ３４ ３ ） １０ ３
摘要 ；针对 高速 率 ＱＰ Ｋ 数据传 输链 系统 ，比较分 析 了数 字 中频接 收与零 中频 接收 的优 、缺 点 ，并提 出了一种 基 Ｓ
于多相滤 波 的宽带 中频正 交采样 数字 零中频 接收方 案 。基于 Ｆ Ｇ 对此 数字零 中频 正交 变换方 案进 行 了实现和 验证 ， ＰＡ 同时，对 一种全 数字 零 中频 ＱＰ Ｋ信 号的 高速 解 调算法及 其 Ｆ Ｇ 硬 件实现进 行 了介 绍。 Ｓ ＰＡ 关键词 ｔ多相滤波 ；零 中频 ；Ｑ Ｓ Ｐ Ｋ；Ｆ ＧＡ Ｐ
第 ｌ ５卷 第 ２ 期 ２ １ 年 ４月 ００
文 章 编 号 ： １０ —２ ９（０ ０ ０ — １４０ ０７０ ４ ２ １） ２０ ３ －５
电路与系统学报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＩ ＵＩ ＲＣ ＴＳ ＡＮＤ ＹＳ Ｅ Ｓ Ｓ Ｔ Ｍ
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其 中 ， ｒ 一ｆ ） Ｂ一１ ＝（ Ｌ／ ，为 带 通 滤 波 器 的矩 形 系数 。 由 图 １ 以看 出 ，无 论采 用 过 采 样 和 欠 采 样 技 术 ， 中频 数 字 化 接 收机 都 需 要 对 采 样 的 信 号 进 行 正 可 交 数 字 下 变 频 。正 交数 字 下变 频 可 以产 生 完 全 正 交 的本 振 信 号 ，不 存 在 Ｉ 、Ｏ 两 路 幅 度 和 相 位 失 配 的