FPGA实现MPSK解调.doc

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1、文章编号：1009－8199（2005）04－0046－03FPGA实现MPSK解调艾砾卜祥元（北京理工大学电子工程系，北京100083）摘要阐述了一种实现MPSK数字解调的设计方案，结合FPGA的特点对锁相环实现载波同步、位同步等各部分进行了详细介绍，整个部分可通过配置参数解调不同的调制信号，具有很强的通用性，对工程设计有一定的参考价值。关键词FPGA，数字锁相环，解调，MPSKRealizationofMPSKDemodulationbyFPGAAiShuoPuXiangyuan(Dept.ofElectronicsE

2、ngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081)Abstract:ThispaperintroducesadesigningmethodthatmayrealizedigitaldemodulationofMPSK,andprovidesdetailedexplanationsonthecarriersynchronization,bitsynchronizationandotherrelatedpartsofDPLLaccordingtothecharacter

3、isticsofFPGA.Thismethodmayrealizedemodulationdifferentmodulatedsignalsbymeansofconfiguringparameters,whichhasuniversalapplicationandsomereferencevalueforengineeringdesign.Keyword:FPGA,DPLL,Demodulation,MPSK1引言随着软件无线电的进一步发展，A/D转换速率和芯片处理能力的的不断提高，直接中频数字解调已经变得越来越可实现。而

4、其中FPGA以其高效处理速率、良好的可配置性得到了广泛的应用。MPSK解调的主要关键在于载波同步和码元同步，这里采用数字锁相环实现载波同步和码元同步。2MPSK解调的基本结构本设计的主要流程如图1所示。首先是中频采样，DDS混频，然后再低通滤波、成型滤波，由CORDIC提供载波相位，通过二阶环路低通滤波实现载波同步。在实际工程中还包括AGC（自动增益控制）的设计。本设计共有3个反馈环路：载波反馈环路、码元同步反馈环路和AGC反馈环路。上述结构主要在一块Xilinx的VirtexⅡ芯片xc2v2000上实现。其中前2个为数字

5、锁相环是实现数字解调的关键，这里主要对前2个反馈环进行详细介绍。3锁相环基本结构数字锁相环是在模拟锁相环基础上发展起来的，在基本结构上并没有太大的改变。主要由鉴相器、环路滤波器和数控振荡器(NCO),下图为锁相环结构图，其中环路滤波器为低通滤波。传递函数为：式中F(Z),N(Z)分别为环路低通滤波器和NCO的传递函数。对锁相环的要求主要在于有非常小的相位抖动和大的捕获带宽。与模拟系统类似，它同样由固有频率ω和阻尼系数ξ决定，当固有频率ω较大时，捕获带宽较大。当固有频率较小时，系统比较稳定。为了克服以上困难，典型的方法是设计

6、2套K1、K2系数，在环路的捕获过程中使用环路带宽宽的滤波器，环路锁定后切换到环路带宽窄的滤波器。这里设计了一个锁定检测器来控制2套系数的切换。4载波反馈环路载波锁相环需要得到载波的相位信息，这在算法上就使用了非普通的(超越)代数函数arctan(y/x)，这在FPGA中很难直接实现。传统的方法是采用查表法、多项式展开活近似的方法，这些方法在速度、精度、简单性和高效方面不能兼顾。而CORDIC(CoordinateRotationDigitalComputer)算法仅用加法器和移位寄存器就可实现平面直角坐标与极坐标的变换，

7、特别适合FPGA实现。这里将(X0,Y0)按arctan(2-i)角度旋转，通过将Y值迭代收敛到0，使得相量最后落在横坐标上。arctan(2-i)角度值是采用FPGA擅长的查表法读出。这时候X值就是信号的幅度，可以用来做AGC输入。而旋转的角度和就是arctan(y/x)，旋转的迭代公式为：得到载波相位后，由于不同MPSK有着不同的相位模糊，要对载波相位做一些处理，载波相位误差是从坐标转换器的相位输出中消除相位调制后得到的。为了消除相位调制，相位项经过旋转并以模的乘法将误差折入以为中心的整个角平面。以QPSK为例，假设其

8、星相图相位为45o、135o、225o、315o。需要把载波相位锁定在这几个相位上，所以需要检出载波相位爷这几个相位的偏差。设载波相位为θ：把载波相位偏移45o,再向左位移2位取模就得相位误差，然后再送入环路滤波器处理。这里采用2进制补码表示相位，取模只要将溢出高位舍弃即可。载波反馈环路的环路滤波器和上