基于软件无线电的一种复杂调制信号解码设计

陆文斌+杨振+仝红霞+金亭姝+周兴云

摘要：本文提出了一种基于软件无线电技术的全数字化复杂调制信号解码设计方案。接收机输出的中频复杂调制信号，经AD采样后转换为数字信号进入FPGA进行处理，在DDC处理之后，经过载波同步环完成PM解调提取出副载波信号，然后使用相关检测完成副载波信号的解码。

关键词：复杂调制信号；软件无线电；锁相环；相关检测

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）09-0150-02

在通信系统中，测量信息可通过天线的复杂调制信号传输至接收终端，其数据传输方式为在发射信号上调制副载频信号，在接收终端接收端对副载频调制信号进行解调[1]。发射信号以PM的方式对副载频信号进行调制，因而首先要完成PM信号解调，提取出副载波信号，然后在对副载波信号进行解调提取出编码信息。对于不同型号的发射天线，发射复杂调制信号的方式各有不同，对于突发间断发射的复杂调制信号的解调，要求在极短的时间内完成主载波的捕获、锁定，其难度远高于常规的PM解调。

1 复杂调制信号信号形式

天线发射的复杂调制信号形式如下[2]：

其中，K为信号开关；为复杂调制信号载频；为副载波信号调制指数：为副载波信号包络；为数据信息（0或1）；为副载波信号频点。

副载波信号包络的形式为：

其中，为副载波的码元宽度。

2 副载波信号解调设计方案

副载频信号的解调方案框图如图1所示。

复杂调制信号经接收机混频到中频后，由AD采样将模拟信号转换为数字信号，其中中频复杂调制信号的形式为

其中为中频载波频率，设计中为21.4MHz。

中频数字信号首先经过DDC完成数字下变频，输出正交的I、Q两路零中频信号；载波捕获模块完成主载波信号的检测、频率估计，为PM解调的载波跟踪环路提供初始的频率估计值。PM解调模块完成复杂调制信号的PM解调，输出副载频信号。相关检测模块完成副载波信号的解码，相关检测模块的数量n为副载频信号中频点的数量。

2.1 DDC模块设计

DDC模块的主要功能是将输入的中频信号下变频至零中频，同时降低处理带宽，从而降低后端信号处理的压力。

由AD输入的中频信号采样率为100MSPS，中频载波频率为21.4MHz，数字下变频的本振频率选择21.4MHz，经过两级CIC滤波输出零中频的I、Q两路正交信号，每一级CIC完成10倍抽取，输出中频信号的速率为1MSPS。

2.2 PM解调模块设计

PM解调模块主要实现复杂调制信号的PM解调。PM解调主要由载波同步锁相环实现[3]，如图2所示。

锁相环设计采用常用的二阶环，输入信号为DDC模块输出的I、Q信号，当环路锁定后，复数乘法器Q路的输出即为解调出的副载波信号，形式为

由于复杂调制信号是以脉冲形式发射的，先发送8个码元宽度（1ms）的主载波信号用于载波同步。每一次接收到脉冲时，都需要在8个码元长度时间完成主载波的锁定，然后才能实现副载波的解调。为了加快锁定时间，可以适当增加锁相环的环路带宽，同时将当前锁定的频率作为下一次锁相环工作时的的初始设定值。

2.3 相关检测设计

副载波信号的信号根据编码信息，将一个或多个副载频频率相加然后调幅，信号形式为

副载波信号的解码只需检测出在相应的码元宽度内有无相应频点的副载频信号即可。设计中采用相关检测的方式实现副载频信号的解码[4]，如图3所示。

本地产生副载频频点的I、Q本振信号与副载频号进行正交混频，然后经过低通滤波后将I、Q信号取模，积分后进行门限判决，如果过门限则说明当前时刻的副载频信号中包含该频点，ai=1，反之ai=0。为了保证检测的实时性，设计中使用多路相关检测模块并行处理。

3 设计测试结果

3.1 副载频PM解调输出

复杂调制信号经过载波同步环解调输出的副载频信号如图4所示，经过载波同步环后，副载频信号能够被很好地解调。

3.2 副载频解码输出

图5为副载频解码输出，解码测试结果与实际的发射信号编码一致。

4 结语

本文对基于软件无线电的复杂调制信号解码设计进行了研究，运用数字锁相环完成了复杂调制信号的解调，并使用相关检测的方法实现了副载频信号的解码。在与天线的对接测试中，能够实时完成复杂调制信号的解码，并能够适应多个型号的复杂调制信号的解码。其次相对于以往模拟色设计方案，具有体积小、成本低的特点，具有很好的市场价值。

参考文獻

[1]杨杨革文，黄蓓，陈德红，胡天俊，顾村锋.间断照射码元宽度对导弹截获低速目标能力的影响[J].上海航天，2014，31（3）：56-58.

[2]邵晟，张琦.一种基于数字化技术的多通道副载波调制直波模拟信号源[J].制导与引信，2012，33（4）：20-23.

[3]张才霞，王少云，刘海颖.一种基于Costas环的BPSK解调设计[J].信息化研究，2010，36（11）：34-36.

[4]沈川，滕振宇，冯永新，钱博.直扩信号正交分路相关检测方法研究[J].沈阳理工大学学报，2012，31（6）：82-86.endprint