WCDMA卫星系统同频干扰抵消中的相位补偿算法设计与FPGA实现

发布时间：2020-03-31 00:28

【摘要】：宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)卫星信号因其速率高、抗干扰能力强和覆盖范围广且不受地理条件限制的优势,成为军方关注的重点。在军事电子作战中,不论是将目标弱信号与同频强信号进行保密传输,还是在我军受到敌军同频干扰时仍能实现“扰中通”,在接收端都需要从同频强干扰信号中提取出目标弱信号。工程中常采用干扰抵消技术来完成同频强干扰情况下目标弱信号提取工作。干扰抵消技术的关键是对同频强信号参数的精确估计,本论文利用数字相位锁定环路(Phase Locked Loop,PLL)对同频强信号的载波相位进行精确估计与补偿,实现将强信号完全混频到基带,为后续完成基带强信号重构抵消,提取目标弱信号的工作奠定基础。首先,本文对比分析了几种使用传统科斯塔相位锁定环路实现相位补偿的方案。针对其不能消除幅值影响导致鉴相精度不高的缺点设计了一种改进的八载波二象限反正切相位锁定环路,能够完成WCDMA卫星信号载波相位高精度估计和补偿。然后,对WCDMA卫星系统同频干扰抵消中的相位补偿算法进行了研究。同频干扰抵消中的相位补偿算法包含两个功能模块:一是通过改进的数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器组成的相位锁定环路,实现了载波相位高精度跟踪补偿,将目标中频信号完全混频到基带;二是以时间换取资源的思想对传统降采样滤波模块进行改进,降低了信号采样率,减轻后续基带数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)压力。利用MATLAB软件完成了WCDMA卫星系统同频干扰抵消中相位补偿算法的仿真测试,仿真测试结果验证了算法的有效性。最后,以Altera的EP4SGX230KF40C2芯片为硬件平台,完成了同频干扰抵消中相位补偿算法的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件实现,同时对以太网口和外部存储器接口(External Memory Interface,EMIF)电路完成了FPGA实现。搭建硬件测试平台,根据测试方案对相位补偿算法以及外围接口电路进行了FPGA板级测试,硬件测试结果表明相位补偿算法和外围接口电路的FPGA实现满足设计需求,设计具有良好的可扩展性和灵活性,可应用到实际工程中。
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匹配滤波器,参数设置,算法仿真

图 3.14 匹配滤波器参数设置3.4 相位补偿算法仿真验证3.4.1 基于 PLL 环路的相位跟踪算法仿真验证本文以 MATLAB 生成的仿真数据和接收空中的真实数据为数据源对算法进行仿真验证，以验证算法的有效性。1. 仿真数据由 MATLAB 本地产生符合 WCDMA 标准的发送端数据，只生成公共导频信道CPICH 和主公共控制物理信道(Primary Common Control Physical Channel, PCCPCH)，仿真参数信息如表 3.7 所示。表 3.7 仿真参数信息

低通滤波器,参数,直接型

MATLAB 软件具有强大的数字信号处理能力，我们可以借助 MATLAB 中的FDATool 滤波器设计工具来完成 FIR 低通滤波器的设计。本文选用最接近理想滤波器特性的等波纹设计法来完成滤波器的设计。具体的参数设置如图 4.4 所示。图 4.4 FDATool 设计 FIR 低通滤波器参数从图 4.4 可以看到 FIR 低通滤波器的设计满足表 4.1 的要求，滤波器设计完成之后以 16bit 进行系数量化，然后将量化后的滤波器系数作为 FPGA 硬件实现时差分方程的抽头系数。3. FIR 滤波器 FPGA 实现FIR 滤波器大致有两种实现结构：直接型结构也称卷积型结构和分布式结构。直接型结构方式实现的滤波器称为乘累加形式[47]，其实现结构如图 4.5 所示，此种实现结构适合于阶数较小的情况，对于阶数较大的滤波器需要消耗大量的乘法器资源，这是不可取的。虽然串行方式的直接型结构只需要一个乘法器，但是其处理的输入数据采样率sf 和系统时钟clkf 应当满足 /s clkf f N 关系，对于本系统而言，，
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN927.2;TN97

【参考文献】