摘要 为研制斗极卫星导航模仿信号源，规划完结了斗极QPSK信号调制器。文中在剖析了斗极卫星导航体系B1频段信号的正交相移键控调制信号的基础上，依据软件无线电的思维，在FPGA硬件渠道上完结了QPSK信号调制器，经过功率谱测验，QPSK解谐和简略串口信息传输，验证了调制解调硬件单元的正确性。
斗极卫星导航体系(BeiDou Navigation SatelliteSystem)是我国正在施行的自主研制、彻底独立运转的全球卫星导航体系，有着广泛的使用远景。斗极卫星导航体系信号选用正交相移键控(QPSK)调制，提高了数据传输速率，降低了信号间的互相搅扰，改进了定位功能，成为现在全球卫星定位体系现代化开展的方向之一。因而对斗极卫星导航接收机的需求日益添加，为了测验检验高功能卫星导航接收机的静态功能及动态功能，需求模仿产生斗极导航体系在各种环境下的实在卫星信号。
现在，针对斗极导航体系模仿信号源的研讨较少，可参阅GPS和GLONASS模仿信号源的研讨，剖析各个导航体系之间的不同，找到适宜的研讨计划。文献剖析了GLONASS信号的结构特色，研讨了杂乱环境下GLONASS导航信号的产生，文献针对GPS信号模仿源的算法进行研讨，并经过FPGA完结模仿源的产生，文献剖析了斗极卫星导航B1频段信号的结构，并用Simulink渠道完结了信号模仿。
斗极导航体系已于2011年12月进入试运转阶段，并于2012年12月发布了空间信号接口操控文件(Interface Control Document，ICD)。本文针对ICD文件中斗极B1频段的QPSK调制信号进行结构剖析，选用软件无线电的办法来研讨QPSK信号的调制解调，剖析QPSK信号调制解调的原理，使用FPGA仿真完结QPSK信号的调制解调，一起在射频输出端调查调制信号的功率密度谱。
1 斗极B1频段信号特征
斗极B1频段信号由两个支路的“测距码+导航电文”正交调制在载波上构成。信号表达式如下
式中，j表明卫星编号;AI、AQ别离表明调制于B1频段载波同相、正交相支路的测距码振幅;CI、CQ别离表明同相、正交相支路的测距码;DI、DQ别离表明同相、正交相支路测距码上调制的数据码;f表明B1频段载波频率;φI、φQ别离表明B1频段载波同相、正交相支路的初相。
依据斗极B1频段信号QPSK调制办法的特色以及上式所示的信号结构，可知斗极B1频段每颗卫星均有一对共同的测距码，两者互相不相关且正交，接收到同一颗卫星信号的两个支路受各种因素影响所导致的码推迟、多普勒频移等均相同。
2 斗极信号的QPSK调制
在“斗极二号”体系中，选用正交相移键控，QPSK，QPSK调制技能的中心思维是两个载波正交BPSK信号的组成，行将一个比特流的每一个四进制码元用两个二进制码元的组合来表明，两个二进制码元中的前一个码元用I表明，后一个码元用Q表明。因为在一个调制符号中传输2 Byte，QPSK调制比BPSK调制的带宽效率高一倍。载波的相位为4个距离持平的值：π/4，3π/4，5π/4，7π/4。这种调制办法使同一载波每次可传输2 Byte信息，然后使载波的频带使用率比BPSK提高了1倍，一起抗搅扰性更强。
对QPSK调制后的数据进行相关运算，选取50位数据，经过仿真成果能够发现，参加QPSK调制技能后，原测距码的自相关曲线产生了改变。在QPSK调制下的测距码，除了存在一个显着的顶峰外，还具有两个比较显着的次顶峰，别离坐落接近主峰的左右两边。
3 斗极B1频段信号的模仿
斗极B1频段数字信号生成首要依照固定的采样时刻距离，也便是固定的采样频率(采样频率取1 561.098 MHz)，参加卫星的初始相位和多普勒频移，生成中频载波信号;然后将经过QPSK调制办法调制的测距码和斗极导航电文调制到载波上叠加。如果是MEO/IGSO的卫星需求在导航电文中在调制20位的NH码。每颗卫星的测距码和导航电文都不同，因而应该对每颗卫星的信号进行叠加，接着对多卫星信号的每颗卫星信号参加预设的强度，可设定的高斯白噪声，最终设定好模仿时长，将信号数据经过工作站贮存模块导入到工作站保存。
4 FPGA仿真完结QPSK调制解调
QPSK调制对输入数据流经内插、成形滤波和并串转化后，再经正交调制后即得到已调QPSK信号。内插有助于对基带信号进行波形成形，能够经过重复现存采样点或许刺进零脉冲来完结，成形滤波器的作用是消除码间搅扰和频谱分散。QPSK解调对基带信号进行抽取、CIC滤波和Costas环载波同步后，再经过解调得到输出数据。选用多级CIC滤波器级联来完结较大的阻带衰减，Costas环来估量和校对解调过程中的多普勒频移。在整个规划计划中，数字调制解调算法在FPGA中完结。FPGA硬件框图如图4所示，体系原理计划如图5所示。
图5中CIC滤波器即级联积分器梳状(Cascade Integrator Comb，CIC)滤波器，滤波器的冲击呼应如下方式
调制部分，数据经过串口输入，产生宽度为8 bit的并行数据流，然后分红I，Q两路数据流，经过补零内插，成形滤波和数据位截短后，经过并串转化，再经过DDS模块生成基带QPSK调制信号。调制输出数据的速率是128 kbit·s-1，而完结DDS的器材AD9857中设定输入数据速率是1 Mbit·s-1，为使两者速率匹配，规划中选用内插办法来完结。在内插模块的规划中，选用最简略的完结办法，即在数据之间插零。零的个数N由内插前后数据的速率决议，规划中N=7。内插模块经过数据锁存器和计数器完结。在内插模块规划中，因为选用了“插零”处理，导致码间搅扰和带外辐射增大，为减小这些对信号解调的影响，规划选用成型滤波器。并串转化模块经过4级锁位寄存器完结，并行16位的输人数据依照并行4位的格局串行输入到DDS。
在解调部分，经过NCO进行数字下变频，经过抽取，CIC滤波器进行滤波，Costas环进行载波同步，最终解调处数据，经过串口输出显现。数字下变频模块首要由NCO和混频器组成。混频器为8位乘法器，选用Ahera供给的宏功能模块LPM_MULT，将数据锁存模块输出的8位数据与别离NCO输出的正交载波进行相乘，乘积成果为一有符号的16位数据。为避免乘法器输出数据在后面模块运算处理中产生溢出，同样在规划中对数据进行了截短处理。C%&&&&&%滤波器选用三级8倍抽取的积分滤波器与梳状滤波器并联。Costas环来估量和校对解调过程中的多普勒频移。
在测验部分，串口输入数据是1234FA42342343，串口输出12 34 FA 42 34 23 43，说明晰QPSK调制解调体系的正确性。一起，经过频谱仪对规划的QPSK调制信号进行调查，FPGA开发板射频端口输出1 561.020 MHz的射频信号，证明生成的QPSK调制信号在频率特性、频谱特性上契合体系规划要求，然后证明晰调制信号的正确性，功率密度谱如图8所示。
5 结束语
斗极卫星导航体系，特别是B1频段信号，是未来民用的首要信号，因而，频段信号成为研讨热门，而商场对斗极接收机的需求也会越来越多。为了测验斗极卫星导航接收机的功能，则需求模仿斗极卫星导航体系在各种环境下的实在卫星信号。本文针对斗极信号QPSK调制信号的结构特色，剖析了QPSK调制解调的原理，并结合软件无线电的办法，经过FPGA验证了体系的可行性和正确性。
