[发明专利]一种基于FPGA的数字中频信号解调方法

摘要

本发明涉及一种基于FPGA的数字中频信号解调方法，包括以下步骤：步骤1，通过双通道1090ES接收模块输出模拟中频信号；步骤2，将1090ES ADS‑B模拟中频信号转换为数字信号；步骤3，在FPGA中实现数字中频信号解调；步骤4、采用适于中频ADS‑B信号的数字正交解调算法。本发明所述基于FPGA的数字中频信号解调方法的优越效果在于，所述解调方法能够从70MHz ADS‑B数字已调制信号中解调出ADS‑B数字基带信号。

主权项

1.一种基于FPGA的数字中频信号解调方法，包括以下步骤：步骤1，通过双通道1090ES接收模块输出模拟中频信号；双通道1090ES接收模块采用分集接收方式，由两路完全相同的1090ES接收模块组成，同时接收上、下天线的信号，接收的上天线、下天线的信号的天线接口模块的射频信号经大信号限幅、收发开关后，送入低噪声放大器，进入镜频抑制滤波器滤波，再送入混频器下变频，输出70MHz中频信号，然后低通滤波，滤除中频高次谐波及本振信号的干扰，再经中频放大、对数放大及中频滤波后送终端处理，同时该信号经定向耦合器耦合出一路信号，经放大、检波、比较送出自检信号，其中，模拟中频信号中心频率为中频70MHz，频率源模块将1020MHz本振信号分两路，放大、滤波、隔离后送到两个接收支路混频使用，接收时，将天线收到的信号经过声表面滤波器送到双通道1090ES接收模块放大、滤波、混频，输出两路中频70MHz信号；步骤2，将1090ES接收模块变频生成的模拟中频信号转换为数字信号；经过双通道1090ES接收模块下变频生成的信号为模拟中频70MHz ADS‑B已调制信号，对模拟中频70MHz ADS‑B已调制信号做数字转换处理：(1)、通过A/D转换芯片ADC16DV160在100MHz的采样时钟下，进行双路采样,将两路载波频率为70MHz的模拟中频ADS‑B已调制信号分别转换为8bits ADS‑B数字信号，然后输入ALTERA的Cyclone III系列芯片EP3C40F324I7N中；(2)、在FPGA中，将两路8bits的ADS‑B数字信号分别转换为16bits的ADS‑B数字中频信号；步骤3，在FPGA中实现数字中频信号解调；在脉冲解调的通信系统中，需经过两次解调，首先从已调制的高频载波中解调出已调的脉冲序列信号，然后再根据已调的脉冲序列信号特点，恢复相应的调制信号，从已调制的高频载波中解调出已调的脉冲序列信号，所述两路16bits的ADS‑B数字中频信号解调过程采用数字正交解调算法；所述正交解调方法，即用70MHz中频信号和本地振荡器产生的两路同频正交信号混频，再经低通滤波器后，其信号调制信息都包含在I和Q两路分量信息中，所述中频信号正交解调计算步骤为：(1)若输入信号u_s为中频输入信号，即u_s＝a_s(t)cos(2πf₀t+θ_s(t))，其中a_s(t)为待解调信号的幅度，f₀为中频频率，θ_s(t)为相位，本地振荡器产生两路相互正交的信号，即为u_rc＝cos(2πf_rt)和u_rs＝sin(2πf_rt)，即u_rc和u_rs相位相差由于f₀＝f_r，则经过乘法器后输出为：上式右边第一项恰好是反映调制信号变化的ui分量，而第二项是频率为4πf0t+θs(t)的高频部分ui分量，经所述低通滤波器滤除后，只输出由下式(1‑3)和(1‑4)决定的所需调制信号电压，由上式(1‑3)和(1‑4)可知，uI和uQ中不含中频信号，只含有调制信号幅度和相位信息，将uI和uQ分别平方，然后求和，即：由上式(1‑5)可知，只含有调制信号幅度信息，在数字通信系统中，根据奈奎斯特准则，采样频率大于信号带宽的2倍，设定A/D的采样频率为fs，满足如下条件：M＝1,2,...…，fs≥2B上式中，M＝1，2，……，B为中频信号带宽，则中频输入信号us＝as(t)cos(2πf0t+θs(t))，经A/D采样得到的采样序列函数为x(n)，即为x(n)＝a(n)cos(2πf0n/fs+θ(n))，(2)将x(n)分别和本地振荡器产生的两路正交函数cos(ω0n)和sin(ω0n)做数字混频处理，其中ω0＝2πf0/fs，然后经低通滤波器滤波输出，低通滤波器带宽取决于基带信号带宽，从而实现I/Q两路解调，再根据调制信息进行相应的解调，得到所需要的数字基带信号；步骤4、采用适于中频ADS‑B信号的数字正交解调算法；采用数字正交解调算法，解调70MHz ADS‑B数字中频信号，70MHz的ADS‑B中频信号携带的调制信息是1090ES ADS‑B信息数据经PPM编码调制后得到的脉冲序列信号，在此只需解调幅度信息，所述解调幅度信息依据下式进行，即：其中a_s²(t)为中频输入信号幅度信息；对经过FIR滤波器滤波输出的两路数字信号yI和yQ分别做平方处理，然后再叠加求和，从而得到ADS‑B信息数据的数字基带信号幅度波。