基于 FPGA 的16APSK 数字接收机的设计与实现

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1、集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits基于FPGA的16APSK数字接收机的设计与实现*112李湘鲁，代涛，姚远程(1.中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900；2.西南技术大学信息工程学院，四川绵阳621000)摘要：介绍了一种适用于新型体制16APSK的相干解调算法，给出了其工作流程框图，说明了各主要模块的设计方法，并给出了基于FPGA的数字接收机架构及实现结果。经实验证明，该接收机兼顾解调性能与实现复杂度，具有较高的工程应用价值。关键词：16APSK；测控通信；相干解调；FPGA中图分类号：TN92文献标识码

2、：A文章编号：0258-7998(2013)03-0047-03Designandimplementationof16APSKdigitalreceiverbasedonFPGA112LiXianglu，DaiTao，YaoYuancheng(1.InstituteofElectronicEngineering，CAEP，Mianyang621900，China；2.CollegeofInformationEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621000，China)Abstr

3、act：Thispaperintroducesakindofcoherentdemodulationalgorithmforanewmodulationmode16APSK.Theworkingflow，structuresofdigitalreceiverbasedonFPGAandtheimplementresultsaregiven.Theexperimentresultsshowthatthisdigitalreceivertakesthedemodulationperformanceandimplementationcomplexityintoconsi

4、deration,whichconcludestopracticalvalue.Keywords：16APSK；TT&Candcommunication；coherentdemodulation；FPGA随着无人机、卫星等领域对测控通信对信息传输量形，得到APSK调制的仿真结果如图1所示。的要求不断增加,传输数据率越来越高，在信道带宽一定的条件下，最好使用多进制调制体制。16QAM的频谱利用率为4bit/s/Hz，是目前常用的BPSK/QPSK体制的4/2倍，在频带利用率和误码率之间得到很好的折衷[1]。考虑到功率利用率、噪声性能与设备复杂度等多方面因素，16AP

5、SK（星型16QAM）是一种合适的信号体制。以上需求促进了对该体制解调接收技术的研究以及关键技术攻关。116APSK体制介绍16APSK体制又称为星型16QAM，不同于一般的QAM216APSK信号相干解调算法信号，它的星座图是由内外2个同心圆组成，通过这样16APSK信号采用相干算法进行解调，图2所示为的星座设计，减少了信号的幅度变化，更易于对放大器16APSK信号相干算法解调框图。从图中可见，涉及到的的非线性进行补偿，适应线性特性不好的传输信道，以关键技术和算法有：相干载波恢复算法、定时同步算法、获得更高的频谱利用率，也有利于降低解调难度[2]。如幅值相位判决

6、算法等。果将16个星座点的APSK调制分解为2个独立的8PSK2.1相干载波恢复算法调制，这样形成的APSK星座图是直径不同的2个圆采用相干解调算法，需要对载波进行精确的相位同步。同时，考虑到须在较短时间内建立载波同步，采用一*基金项目：国家自然科学基金-中国工程物理研究院联合基金(NSAF)资助项目(10876035)种锁相环(PLL)联合基于频率检测环路算法的锁频环(AFC)《电子技术应用》2013年第39卷第3期47集成电路应用ApplicationofIntegratedCircuits的结构来做载波恢复。基本结构如图3所示。载波恢复首先用频率检测环路FD

7、(FrequencyDetector)对接收信号进行载波频率恢复，此时环路工作于捕获模式。FD采用了基于最大似然估计的GFD(GardnerFD)简差校正两个部分，误差提取模块采用Gardner算法，而误化算法，其频率误差实现公式为：差校正通过内插实现。ε(t)=IFMF×QMF-IMF×QFMF(1)Gardner算法的定时误差检测算法如下：其中，t为时间，I为同相支路，Q为正交支路。IMF是I经μt(r)=yI(r-1/2)[yI(r)-yI(r-1)]+yQ(r-1/2)[yQ(r)-yQ(r-1)]过匹配滤波后的数据，IFMF是I经过频率匹配滤波后的(2)

8、数据，QM