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基于FPGA的数传接收机关键技术研究与实现

摘要

在航天测控中，为了快速准确地接收高空飞行器发射的信号，地面设备需要高速率

接收技术。数传接收机能有效接收处理高速数据并减少信号干扰与失真，确保数据的准

确性，是一个理想的选择。本文所研究的主要内容就是在以FPGA和ADC器件为核心

的硬件平台上实现数传接收机，同时采用高性能的载波同步技术和译码技术提升系统的

有效性和可靠性。论文的主要内容包括以下部分：

1.本文给出了数传接收机的主要性能指标并对硬件系统的框架作了介绍和分析。数

传接收机的硬件平台基于FPGA实现，硬件平台的设计包括电源模块、时钟模块、FPGA

模块、ADC模块、DDR3以及光纤接口等模块。然后分别对数传接收机各模块的器件选

型做出介绍并给出电路设计图。最后将所有模块进行整合，完成接收机的PCB设计与

绘制。

2.针对接收信号存在大范围频偏从而影响接收性能的问题，本文围绕数传接收机的

载波同步关键技术进行研究。首先给出了接收的MSK信号去除调制信息的办法，接着

分析了一些传统频偏估计算法的估计性能，然后对分步式的频偏估计算法做出介绍。针

对两级频偏估计的设计带来的处理时延的问题，改进了一种并行处理的联合频偏估计方

法，能在低信噪比下对大频偏进行快速估计且精度较高。

3.本文对LDPC码和RS码的基本原理和译码算法作出详细介绍，然后阐述了LDPC-

RS乘积码的基本概念和构造方法。重点研究了LDPC-RS二维乘积码的译码算法，然后

改进了传统的乘积码译码算法，在乘积码结构中添加CRC校验码，在译码的时候先进

行CRC和RS的联合校验再通过软值修改技术进行迭代译码。仿真结果表明，基于联合

校验的迭代译码算法相比于传统的译码算法有更好的译码性能。

4.对所研制的数传接收机的整体方案设计进行了详细的说明，采用自顶向下的模块

化设计方法将数传接收机按功能分为数字下变频、载波同步、MSK解调和LDPC-RS译

码模块。接着给出了各个模块的硬件实现方法，并在VIVADO2018.3的环境下对这些模

块进行了仿真验证和硬件测试。

最后将整个系统的软硬件设计进行整合并对测试信号进行验证，测试结果表明该数

传接收机能够满足系统指标要求。

关键词：数传接收机；FPGA；频偏估计；LDPC码；RS码

基于FPGA的数传接收机关键技术研究与实现

Abstract

Inaerospacemeasurementandcontrol,inordertoquicklyandaccuratelyreceivesignals

emittedbyhigh-altitudevehicles,groundequipmentrequireshigh-ratereceptiontechnology.

Digitaltransmissionreceivercaneffectivelyreceiveandprocesshigh-speeddataandreduce

signalinterferenceanddistortiontoensuretheaccuracyofthedata,whichisanidealchoice.

Themaincontentstudiedinthispaperistoimplementthedigitaltransmissionreceiveronthe

hardwareplatformwithFPGAandADCdevicesasthecore,andatthesametime,usethehigh-

performancecarriersynchronizationtechnologyanddecodingtechnologytoenhancethe

effectivenessandreliabilityofthesystem.Themaincontentofthepaperincludesthefollowing

parts:

1