基于FPGA的全数字卫星通信调制解调系统

作     者：包佳立 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴海青

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：卫星通信 调制解调 MPSK调制方式 FPGA 

摘      要：在日趋紧张的国际形势下,卫星通信作为一种应急通信手段,以其覆盖范围广、通信容量大、不受地理条件约束等特点弥补了地面通信系统覆盖不足的缺点,因此对卫星通信系统模型的研究十分有必要。传统卫星通信系统设备类型繁多,针对不同的设备需要设计专用硬件电路来实现适用的调制解调算法,这大大提高了维护成本。现如今的通信系统,对传输速率、带宽、信号处理速度的要求越来越高,基于以上几点,本文以硬件通用化、功能软件化、软件模块化为方向,设计了能在同一平台实现多种调制方式并且可切换的全数字卫星通信调制解调系统。论文的主要工作如下:首先在研究了卫星通信系统的基本理论,分析典型数字通信模型特点的基础上,推导了在同一平台上实现卫星通信多种调制方法可切换的调制解调系统模型。其次在深入研究调制解调算法的基础上,结合理论与工程实践经验,设计了调制解调系统中所用滤波器的指标参数,并在MATLAB上对调制解调系统的算法功能进行仿真,如成形滤波、内插倍采样、Gardner定时同步、基于Costas环的载波同步等,再将MATLAB仿真的算法移植到FPGA平台上,利用Verilog HDL语言编程,完成整个调制解调系统收发模块的FPGA仿真。接着通过软件Secure CRT初始化射频模块AD9361,利用SPI总线配置外部端口,实现FPGA与AD9361的通信,完成调制信号的射频收发。最后搭建了全数字卫星通信调制解调系统的硬件平台,以超高性能FPGA XC7VX690T作为调制解调的数字信号处理芯片,AD9361为射频前端,利用频谱仪对搭建的硬件平台的发送与接收功能进行测试,测试结果表明整个调制解调系统的多种进制调制信号均能稳定收发,并且经过解调端的同步系统能够以低误码率完成解调,误码率为8.51×10,低于工程应用要求的10这个数量级。本文设计的全数字卫星通信调制解调系统,与传统单一调试方式不同,利用FPGA可反复烧写编译的特点,将多种MPSK调制方式(BPSK、QPSK、8PSK)集成在同一套Verilog HDL程序中,以AD9361作为射频前端,FPGA为数字信号处理平台实现调制解调,通过在线调试工具,就能切换不同调试方式,提高了卫星通信系统在不同环境应用下的适应性。