中频遥测OOK信号解调的设计实现

孙秀睿

(中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900)

0 引言

OOK仍是现有遥测常用调制体制之一,传统的调制解调处理以模拟技术为主。由于数字技术的发展,信号和数据处理能力大大提高,促进了遥测通信系统从模拟终端设备到数字设备的发展。由于信号的信息体现在包络不同的位置里,当位置发生变化,其所含的信息发生变化。需要找到一种有效的方法精确提取包络位置并输出'0'、'1'信号。

1 方案设计及数学模型[1]

数字化OOK解调方案设计框图如图1所示。前端的中频OOK调制信号经下变频后得到基带I、Q信号,滤波后进行数字检波,提取信号包络,采用滑窗能量累积法对信号包络进行最佳匹配,对匹配结果进行判决,得到'0'、'1'比特流输出。

图1 数字化OOK解调方案设计框图

1.1 数字下变频[3]

假设接收到的中频OOK调制信号的数学表达式为:

式中,A为脉冲基带信号包络;f0为载波频率;fp为飞行器高速飞行带来的多普勒频率分量。

接收到的中频调制信号采样后经下变频:

低通滤波后,I、Q两路的输出结果为:

1.2 数字检波

在该设计中采用平方和法提取脉冲信号包络。

跟据式(3),I、Q信号的平方可分别表示为:

相加后,则有

上述理论证明,采用平方和法可以提取脉冲信号的包络。相关仿真图形如图2所示。

图2 数字化OOK解调相关仿真

1.3 滑窗最佳匹配

提取了包络信息还没有完成OOK解调工作,因为此时信号的沿口受噪声的影响变得模糊,而OOK信号是用不同的位置表示不同的信息,所以对解调出的“1”码的沿口位置精度的要求较高,如果解调判决出的脉冲前后沿位置抖动较大,超过了冗余范围,会引起误判,增加了解调误码率。需要找到一种有效的方法能够精确地提取脉冲信号的位置。

在分析了OOK信号的特性后发现,对遥测OOK信号而言,不论基带信号周期如何,经整形得到射频调制脉冲的宽度是固定的,当采样率确定,每个脉冲宽度内的样点数也是固定的,但受到噪声等因素的干扰,脉冲宽度会有一定程度的波动,导致采样得到的每个脉冲宽度内的点数也在一定范围内变化。在选取最佳匹配滑窗时,可以选定理想情况下每个脉冲宽度内的样点数作为窗长。

由式(5)可知,滑动对象为包络的平方,始终是个非负值。当窗在其上逐点滑动时,就是在累积窗内的能量,相当于积分的过程。当窗开始滑入脉冲内时,其能量累积的值不断增加,当窗全部滑到了信号包络内,能量累积的结果最大。如果脉冲宽度超过或小于滑窗长度,峰值不再是理想情况下的一个点,而是出现几个相差不大的峰值。当窗逐渐滑出脉冲范围内,能量累积值将逐渐减小。根据滑窗能量累积过程的特性,可以采用对能量累积结果求一阶导的方法提取脉冲沿口,从该沿口位置开始输出一定宽度的“1”码,其余输出“0”码,完成了OOK 解调的任务。

2 仿真测试与实验测试[2]

2.1 测试方法

中频解调误码率测试方法如图3所示。将噪声源Agilent33250A输出的噪声和中频信号源HP8648C输出的脉冲调制信号通过合路器后送解调器,调整信号源和噪声源的大小,使终端误码率测试软件的误码率小于且接近1×10-4,将此时的噪声源和信号源分别接频谱分析仪测量信号功率和噪声功率,2个值相减即得中频信噪比。

图3 中频解调误码率测试方法

2.2 测试结果分析

从上述实验测试的结果可以看出:在进行测试时,数据源通过校验信号源产生。调制信号通过AD采样,存在量化误差,且由于是任意起始点时刻开始采样,采样位置不能保证在最佳峰值位置,导致采样信号同真实信号相比存在一定程度的失真。从误码率测试结果表明,在误码率1×10-4情况下,解调结果的误码率和理论值相差小于0.5 dB,证明了该研究项目所设计的OOK信号解调算法的正确性。

3 结束语

根据OOK解调原理,采用了数字设计方法实现了中频OOK遥测信号的解调,通过仿真测试和实验测试证明了该设计的正确性和可行性,获得了较好的解调性能。其中,在脉冲位置精确定位上采用了滑窗能量累积法,方法简单有效,降低了设计的复杂度,提高了设计的精度。仿真测试和实验测试均证明了该算法的可行性,为数字化中频脉冲遥测OOK接收机的设计提供了行之有效的方法。

[1]曹志刚.现代通信原理[M].北京.清华大学出版社,1992.

[2]楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计——信号处理[M].陕西:西安电子科技大学出版社,1998.

[3]郭福成.数字下变频实现技术研究[J].国防科技大学学报,1999,20(5):95-97.