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软件无线电已经广泛运用于各个领域,并且有很大的发展空间。在软件无线电系统中,希望中央处理器能够对信号进行实时处理,并且还要在低信噪比、大频偏的情况下正确解调。因此如何更大限度得提高系统的软件无线电系统的性能是本课题的研究重点。各种信号的解调方式以及性能对比将在论文中得到比较详细的论证。
本课题要求能够实现带宽为100MHz,中频为375MHz,采样率为500MSPS的QPSK信号的实时解调,并希望能够支持多种调制方式的解调。目前还没有一种的FPGA能够工作在500MHz以上,如果采用传统的数字下变频再解调的方式,在布局步线以后工作频率只有不到200MHz。因此必须采用并行算法将运算量分解才可能实时处理。由于成本考虑,采用了Xilinx公司的低成本FPGA,在速度和规模上受到了更多的限制。使用并行算法以后,能够实时处理500~600MSPS的信号。
为了解决系统速度与资源不足、以及提高系统性能我们采用的许多新算法,例如:采用一体化多相混频、多相滤波结构,在不大幅度增加系统资源的情况下,成倍的提高了系统性能,充分发挥了多路AD交错并行采样的并行优势。针对QPSK、BPSK、MSK、OQPSK信号解调,采用了前向+部分反馈结构进行载波频偏、相偏恢复,克服了传统的前向结构对载波频偏、相偏估计不准确,以及传统的闭环结构工作频率不高、容易发生自激等不足。并且采用先位同步、后载波相位恢复的方式,取得了良好的效果,性能远超过传统的先载波同步后位同步,以及载波、位定时同步进行的方法。采用了新型的载波同步鉴相器。使用Cordic算法生成的角度鉴相器在性能上接近理想鉴相器,优于传统鉴相方法。通过改进位定时恢复环前的修正滤波器,在不大幅度改变解调结构的前提下实现了MSK、OQPSK信号解调,是解调系统具有一定通用性。使用了自动增益控制(AGC)技术,提高了解调性能。为了方便算法实现,我们还使用DSP进行了误差分析,基带信号处理以及数字下变频的效果评估等工作。
我们在FPGA上实现了FM、AM、BPSK、MSK、QPSK、OQPSK的解调算法。通过 system generator 和 Modelsim 仿真,系统能够实时处理速率为500MSPS的QPSK信号(实现平台spartan3s1500)、QPSK信号信息速率达到31.25Mbps、载波频偏为22kHz,位定时偏差为1562.5symbols/s、码元信噪比为2dB时可以解调。