一种基于FPGA实现频偏跟踪的方法与流程

本发明涉及卫星通信信号处理，具体的说，是一种基于fpga实现频偏跟踪的方法。

背景技术：

1、在卫星通信系统中，信号处理部分通常通过现场可编程门阵列fpga去实现各种功能，由于各种外部环境及硬件系统引入频率偏移，并且随着外部环境和时间的不断变化，所引入的频率偏移也随之变化，迫切需要一种能够实现基于fpga频偏跟踪的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，能够对外部环境及通信系统引入的频率偏移进行快速、实时跟踪，以便于后续系统模块进行实时修正。

2、本发明通过下述技术方案解决上述问题：

3、一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，包括：

4、步骤s100、将接收的同向正交iq数据解析出相位数据和幅度数据；

5、步骤s200、将相位数据存入1024深度随机存储器ram，每1024个幅度数据求和并判断求和结果是否大于输出门限值，若大于，则输出该1024个幅度数据对应的1024个相位数据至65536深度ram，否则，删除该1024个幅度数据对应的1024个相位数据；

6、步骤s300、当65536深度ram中存满时，执行：

7、步骤s310、从65536深度ram中取出前256个相位数据，用于计算256个点的离散傅里叶变换dft，以第k1=0的dft点为中心，计算该dft点附近±m1个点的幅度值，k1∈{0~255}，找到这些点的最大幅度值对应的k1值，将k1乘以16得到第二级dft计算的初始位置；

8、步骤s320、从65536深度ram中取出前4096个相位数据，接收第二级dft计算的初始位置，计算其附近±m1个点的幅度值，找到这些点的最大幅度值对应的k2值，k2∈{0~4095}，即为第二频偏，将k2乘以16得到第三级dft计算的初始位置；

9、步骤s330、从65536深度ram中取出65536个相位数据，接收所述第三级dft计算的初始位置，计算其附近±m1个点的幅度值，找到这些点的最大幅度值对应的k3值，即为相对于65536个相位数据的频偏位置，k3∈{0~65535}。

10、本发明通过逐级查找的方式以极少量的计算量快速计算出频率偏移，提高了计算速度，并节约更多fpga资源，同时达到实时跟踪频偏的效果。

11、所述步骤s100具体包括：例化坐标旋转数字计算器cordic ip核，输入32比特bit的iq数据，输出16bit幅度值和16bit相位，相位为-1到1的值，其中高1bit为符号位，中2bit为整数位，低13bit为小数位。

12、所述随机存储器ram宽度为16bit。

13、所述步骤s310中计算幅度值的方法包括：

14、步骤a、分别例化存储余弦cos数值和正弦sin数值的只读存储器rom，将cos(0~2π)和sin(0~2π)的值分别乘以1024并存入各自rom；

15、步骤b、利用相位计算n个点m阶dft，化简dft计算公式：

16、  （1）

17、    （2）

18、由式（1）（2）得到：

19、  （3）

20、m阶dft：

21、  （4）

22、化简后得到：

23、  （5）

24、其中：表示dft变换的第个点，∈{0~n-1}；n为dft点个数；为幅度；m为阶数；为相角；为输入的第个iq数据；为第个相角；为虚部；

25、步骤c、由公式（5）可知，通过幅度和相位能够算出m阶频谱，的值作为rom的读地址，读出余弦cos和正弦sin的rom表中的值分别累加计算，然后分别平方后相加得到第k个点的dft的幅度值。

26、所述m1=8或m1=16。

27、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

28、本发明通过分3级逐级查找的方式以少量的计算量快速计算出频率偏移，提高了计算速度，并节约更多fpga资源，同时达到实时跟踪频偏的效果。

技术特征：

1.一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，其特征在于，包括：所述步骤s100具体包括：例化坐标旋转数字计算器cordic ip核，输入32比特bit的iq数据，输出16bit幅度值和16bit相位，相位为-1到1的值，其中高1bit为符号位，中2bit为整数位，低13bit为小数位。

3.根据权利要求2所述的一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，其特征在于，所述随机存储器ram宽度为16bit。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，其特征在于，所述步骤s310中计算幅度值的方法包括：

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于fpga实现频偏跟踪的方法，其特征在于，所述m1=8或m1=16。

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA实现频偏跟踪的方法，涉及卫星通信信号处理技术领域，将接收IQ数据解析出相位和幅度；将相位存入1024 RAM，利用幅度进行TDMA信号提取和过滤后，从RAM读出相位存入65536深度RAM，存满时，先计算前256点中心位置±8的DFT,找到尖峰位置，将该偏移位置乘以16给到下一级计算4096点中心位置±8的DFT，找到尖峰位置，将该偏移位置乘以16给到下一级计算65536点中心位置±8的DFT，找到频率偏移。本发明通过分3级逐级查找的方式以少量的计算量快速计算出频率偏移，提高了计算速度，并节约更多FPGA资源，同时达到实时跟踪频偏的效果。

技术研发人员：龚珊,汪峰,于合龙,宗明,黄增泽
受保护的技术使用者：成都戎星科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13