刘鹏(北京理工大学电子工程系,北京100081)

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1、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

2、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。关键词QPSK，FPGA，FFT，软件无线电DesignandRealizationofSelfAdaptiveQPSKDemodulationBasedonFPGATechniqueLiuPeng(DepartmentofElectronicEngineering,BeijngInstituteofTechnology,Beijing100081)AbstractThispaperdescribesanewdesignofQPSKdemodulatorbasedontheXilin

3、x'sFPGAdevice.Itisinaccordwithsoftwareradioanddigitalsignalprocess.Thedesigncanadaptivelyselecttheparametertomakethedemodulatorsynchronizemorequicklyandgetbetterperformance.Thedetailofdesignandemulateisalsogiveninthepaper.Theimplementusinglittleslicesandcanbewidelyusedinvariousfie

4、lds.KeywordsQPSK，FPGA，FFT，SoftwareRadio1引言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。2解调器的分析及设计在全数字实现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

5、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。图1解调方框图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。2.1数字下变频为了恢复基带信号，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：式中,，其中在系统未同步之前包含NCO与载波之间的频差和相差信息。与模

6、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。2.2载波同步及位同步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。2.2.1误差的提取二进制数据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

7、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)：为了消除剩余频偏，可以通过坐标旋转而获得：经过旋转变换得：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。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QP

8、SK信号，提取误差的公式为：，可以给出时，不同的值下提取的误差的曲