FPGA配合預失真技術(shù)的解調誤碼測試儀

1 引言
工程實(shí)踐中，我們往往需要對所設計的硬件電路進(jìn)行設計檢驗以保證其正常運作，從而才能進(jìn)一步支持基于該硬件的復雜程序的正確調試。這樣，特定的相應測試系統設計就顯得尤為重要，不僅可以保證硬件的健康度，更能提高整個(gè)調試過(guò)程的效率，方便檢測出相關(guān)錯誤。針對增補轉發(fā)系統（ Gapfiller）中 QPSK解調程序調試的需求，分別對發(fā)射及接收電路設計了基于可編程邏輯器件（FPGA）的測試程序。為了保證其更強的糾錯性和更可靠的驗證能力，測試系統的設計原則應當是愈簡(jiǎn)易且愈典型為佳。目前國內對于 QPSK調制解調的基本原理、具體實(shí)現以及解調中所涉及的載波同步問(wèn)題都已有很深入的研究，而本文對此并不作過(guò)多討論，僅僅是借助于一種昀簡(jiǎn)易的 QPSK調制解調系統來(lái)進(jìn)一步闡述硬件設計檢驗的系統實(shí)現和測試方法，并昀終以解調的誤碼率大小作為本次檢驗的參照指標。

2 預失真技術(shù)簡(jiǎn)介
采用 QPSK等非恒定包絡(luò )調制技術(shù)，這就對射頻前端的功率放大器的線(xiàn)性度提出了較高的要求，否則會(huì )引起非線(xiàn)性失真，信號頻譜擴展進(jìn)而產(chǎn)生鄰道干擾，導致接收端的 BER性能下降。即使 RF功率放大器能線(xiàn)性放大，這也會(huì )嚴重降低發(fā)射機的效率。而數字預失真技術(shù)不僅能有效改善交調分量的特性，而且他的電路結構簡(jiǎn)單，功耗小，成本低。
為使該測試系統能夠更有效的檢測出待測硬件的性能優(yōu)劣，我們在發(fā)射系統中加入預失真器，以改善 HPA輸出信號的功率譜密度，降低傳輸信號的帶外頻譜擴展，如此接收端的誤碼率降低后，該測試系統擁有了更好的測試性能及應用的可靠性。

3 設計實(shí)現
增補轉發(fā)器主要完成 DVB-S信號的接收工作。該系統采用全數字接收機概念設計，即在接收機的解調器前插入 A/D變換器，把接收機下變頻后的模擬信號變?yōu)閿底中盘?，因此可采用全新的數字技術(shù)實(shí)現調制信號的解調。
3.1 硬件總體結構
我們截取整個(gè)增補轉發(fā)系統中所需測試的相關(guān)電路，構成待測系統可概括成如圖 1所示的結構框圖。

該待測系統由發(fā)射和接收兩部分組成，分別完成數據傳輸的 QPSK調制發(fā)射及數字零中頻的 QPSK解調接收。
各個(gè)模塊的芯片器件選取如下：FPGA選用 Xilinx公司的 Spartan3系列的 XC3S2000； D/A，A/D轉換器分別選用 Analog Device（ADI）公司的 AD9767和 AD9216；模擬正交上變頻和下變頻模塊分別選用 ADI公司的 AD8349和 AD8347；VCO則選用 ADI公司的 AD4360，提供上、下變頻所需的 2.6GHZ載波（注： AD4360為原系統發(fā)射板與接收板均采用的芯片，由于涉及到載波同步問(wèn)題，實(shí)際的測試過(guò)程所需具體的方案選擇將在第 4部分進(jìn)行詳細討論和介紹）。
由于是零中頻方案，QPSK調制僅需在 FPGA中將 00，01，10，11四種狀態(tài)映射為 14位二進(jìn)制數以進(jìn)入 AD9767作模擬轉換，變換后的模擬信號在上變頻器件中與載波實(shí)現復乘作為射頻調制信號發(fā)射出去。接收機則是作與此相反的解調過(guò)程從而得到解調數據，并與發(fā)射數據相比較測出誤碼率。
3.2 FPGA的設計與實(shí)現
3.2.1 QPSK調制模塊

調制模塊在發(fā)射板的 FPGA中實(shí)現，由發(fā)信源、串 /并轉換、映射和升余弦滾降整形濾波器構成，如圖 1中發(fā)射系統中所示。
（1）發(fā)信源
由于在發(fā)送端要產(chǎn)生一個(gè)替代實(shí)際通信信源的碼序列作為測試信源，這類(lèi)碼序列昀好具有類(lèi)似隨機信號的性能，或者說(shuō)具有噪聲近似的性能，基于 FPGA設計的實(shí)際情況，我們不可能產(chǎn)生純粹的隨機信號，因此只能采用具有一定周期性的類(lèi)似于隨機噪聲的偽隨機序列（PN碼），本系統采用 14級 m碼序列發(fā)生器，在每 16383個(gè)碼之間需插入一個(gè)幀同步頭，以表征每一幀的開(kāi)始與結束。
（2）串/并轉換
實(shí)現將一路串行數據分流成兩路速率減半的并行數據，然后輸入映射模塊。
（3）映射串并轉換后的兩路數據分別作各自的 BPSK調制，本方案中只需作 1，0兩種狀態(tài)映射。
（4）滾降濾波器本方案采用 IP核實(shí)現 31階 FIR濾波器，經(jīng) MATLAB仿真驗證和上板調試實(shí)踐，能夠對信號起到較好的整形作用，符合工程要求