中頻遙測OOK信號解調(diào)的設計實現(xiàn)

孫秀睿

(中國工程物理研究院電子工程研究所,四川綿陽621900)

0 引言

OOK仍是現(xiàn)有遙測常用調(diào)制體制之一,傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)處理以模擬技術為主。由于數(shù)字技術的發(fā)展,信號和數(shù)據(jù)處理能力大大提高,促進了遙測通信系統(tǒng)從模擬終端設備到數(shù)字設備的發(fā)展。由于信號的信息體現(xiàn)在包絡不同的位置里,當位置發(fā)生變化,其所含的信息發(fā)生變化。需要找到一種有效的方法精確提取包絡位置并輸出'0'、'1'信號。

1 方案設計及數(shù)學模型[1]

數(shù)字化OOK解調(diào)方案設計框圖如圖1所示。前端的中頻OOK調(diào)制信號經(jīng)下變頻后得到基帶I、Q信號,濾波后進行數(shù)字檢波,提取信號包絡,采用滑窗能量累積法對信號包絡進行最佳匹配,對匹配結果進行判決,得到'0'、'1'比特流輸出。

圖1 數(shù)字化OOK解調(diào)方案設計框圖

1.1 數(shù)字下變頻[3]

假設接收到的中頻OOK調(diào)制信號的數(shù)學表達式為:

式中,A為脈沖基帶信號包絡;f0為載波頻率;fp為飛行器高速飛行帶來的多普勒頻率分量。

接收到的中頻調(diào)制信號采樣后經(jīng)下變頻:

低通濾波后,I、Q兩路的輸出結果為:

1.2 數(shù)字檢波

在該設計中采用平方和法提取脈沖信號包絡。

跟據(jù)式(3),I、Q信號的平方可分別表示為:

相加后,則有

上述理論證明,采用平方和法可以提取脈沖信號的包絡。相關仿真圖形如圖2所示。

圖2 數(shù)字化OOK解調(diào)相關仿真

1.3 滑窗最佳匹配

提取了包絡信息還沒有完成OOK解調(diào)工作,因為此時信號的沿口受噪聲的影響變得模糊,而OOK信號是用不同的位置表示不同的信息,所以對解調(diào)出的“1”碼的沿口位置精度的要求較高,如果解調(diào)判決出的脈沖前后沿位置抖動較大,超過了冗余范圍,會引起誤判,增加了解調(diào)誤碼率。需要找到一種有效的方法能夠精確地提取脈沖信號的位置。

在分析了OOK信號的特性后發(fā)現(xiàn),對遙測OOK信號而言,不論基帶信號周期如何,經(jīng)整形得到射頻調(diào)制脈沖的寬度是固定的,當采樣率確定,每個脈沖寬度內(nèi)的樣點數(shù)也是固定的,但受到噪聲等因素的干擾,脈沖寬度會有一定程度的波動,導致采樣得到的每個脈沖寬度內(nèi)的點數(shù)也在一定范圍內(nèi)變化。在選取最佳匹配滑窗時,可以選定理想情況下每個脈沖寬度內(nèi)的樣點數(shù)作為窗長。

由式(5)可知,滑動對象為包絡的平方,始終是個非負值。當窗在其上逐點滑動時,就是在累積窗內(nèi)的能量,相當于積分的過程。當窗開始滑入脈沖內(nèi)時,其能量累積的值不斷增加,當窗全部滑到了信號包絡內(nèi),能量累積的結果最大。如果脈沖寬度超過或小于滑窗長度,峰值不再是理想情況下的一個點,而是出現(xiàn)幾個相差不大的峰值。當窗逐漸滑出脈沖范圍內(nèi),能量累積值將逐漸減小。根據(jù)滑窗能量累積過程的特性,可以采用對能量累積結果求一階導的方法提取脈沖沿口,從該沿口位置開始輸出一定寬度的“1”碼,其余輸出“0”碼,完成了OOK 解調(diào)的任務。

2 仿真測試與實驗測試[2]

2.1 測試方法

中頻解調(diào)誤碼率測試方法如圖3所示。將噪聲源Agilent33250A輸出的噪聲和中頻信號源HP8648C輸出的脈沖調(diào)制信號通過合路器后送解調(diào)器,調(diào)整信號源和噪聲源的大小,使終端誤碼率測試軟件的誤碼率小于且接近1×10-4,將此時的噪聲源和信號源分別接頻譜分析儀測量信號功率和噪聲功率,2個值相減即得中頻信噪比。

圖3 中頻解調(diào)誤碼率測試方法

2.2 測試結果分析

從上述實驗測試的結果可以看出:在進行測試時,數(shù)據(jù)源通過校驗信號源產(chǎn)生。調(diào)制信號通過AD采樣,存在量化誤差,且由于是任意起始點時刻開始采樣,采樣位置不能保證在最佳峰值位置,導致采樣信號同真實信號相比存在一定程度的失真。從誤碼率測試結果表明,在誤碼率1×10-4情況下,解調(diào)結果的誤碼率和理論值相差小于0.5 dB,證明了該研究項目所設計的OOK信號解調(diào)算法的正確性。

3 結束語

根據(jù)OOK解調(diào)原理,采用了數(shù)字設計方法實現(xiàn)了中頻OOK遙測信號的解調(diào),通過仿真測試和實驗測試證明了該設計的正確性和可行性,獲得了較好的解調(diào)性能。其中,在脈沖位置精確定位上采用了滑窗能量累積法,方法簡單有效,降低了設計的復雜度,提高了設計的精度。仿真測試和實驗測試均證明了該算法的可行性,為數(shù)字化中頻脈沖遙測OOK接收機的設計提供了行之有效的方法。

[1]曹志剛.現(xiàn)代通信原理[M].北京.清華大學出版社,1992.

[2]樓順天.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設計——信號處理[M].陜西:西安電子科技大學出版社,1998.

[3]郭福成.數(shù)字下變頻實現(xiàn)技術研究[J].國防科技大學學報,1999,20(5):95-97.