高动态环境下猝发dqpsk系统载波跟踪设计与实现

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1、高动态环境下猝发DQPSK系统载波跟踪设计与实现丁法珂（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）摘要：针对高动态环境下猝发DQPSK通信系统，提出一种四相鉴频频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案，通过Matlab仿真验证，并编写VHDL程序在FPGA中实现，最终在硬件平台上进行性能测试，测试结果表明该方案可行，硬件实现达到了设计指标要求。.jyqkod(k)表示由于收发频差而引起的相邻符号间的相差，Δφrot(k)表示符号旋转角度，这里为-45°旋转。DQPSK信号的频率误差信号为：ε=sign[Dot(k)]?Cross(

2、k)-sign[Cross(k)]?Dot(k)本设计所用的鉴相算法为改进型硬判决COSTAS环鉴相算法[9]，在基本的COSTAS环加上的非线性变换能实现最佳相位估计，然而要硬件实现tanh变换相当复杂，于是要寻找简单而容易实现的tanh变换的近似函数。在大信噪比且

3、x

4、>>1时，发现tanh可以近似看作取信号x的符号（±1），而取符号运算FPGA实现简单。推广到DQPSK载波恢复，改进后的鉴相算法的相位误差信号为：ε=sign[I]?Q-sign[Q]?I，当环路的相位误差φ=θ-θ?较小或信噪比高的时候，环路

5、的相位误差信号将为ε=Asinφ，为正弦鉴相特性。完成频率误差和相位误差运算后，按照图2所示的结构，采用一阶锁频环辅助二阶锁相环。可以看出，四相鉴频、鉴频辅助鉴相结构相似，VDHL实现简单，取符号运算只需判断信号的最高位是‘0’还是‘1’，各项误差信号只需进行基本的加法、乘积运算便可得出。四相鉴频环路将频差缩小到一定范围后便停止工作，转向鉴频鉴相环路捕获跟踪载波，最后误差信号经环路滤波器后，作为载波NCO的频率控制字的调整量，调整NCO输出所需频率的载波。3仿真测试Matlab仿真时，调制信息速率设为20kHz，载波频率设为7

6、0MHz，A/D采样速率为40.96MHz。调制信息通过串/并转换、差分编码、载波调制后经AHz，之后进入载波跟踪环路计算载波频差反馈给本地载波NCO。当载波中心频率存在4kHz偏移的情况下，系统正常工作，完全满足指标要求。频差跟踪仿真结果如图4所示。载波跟踪算法经VHDL实现后，嵌入到中频接收系统中，最后下载到Altera公司EP2S60芯片内进行测试，结果表明所采用的算法及实现满足技术指标要求。4结论本文针对高动态环境下猝发DQPSK通信系统，提出一种四相鉴频频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案，并编写VHDL程序在FPG

7、A中实现。实际测试结果表明，所采用的载波跟踪算法捕获时间短、跟踪范围宽，满足设计指标要求。.jyqk].北京：清华大学出版社，2005.[6]胡振华.VHDL与FPGA设计[M].北京：中国铁道出版社，2003.[7]王诚，吴继华，范丽珍，等.AlteraFPAG/CPLD设计[M].北京：人民邮电出版社，2005.[8]樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2005.[9]洪振宏.高码率QPSK解调器载波恢复环的算法与实现[D].北京：中国科学院研究生院，2007.[10]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与

8、应用[M].北京：电子工业出版社，2005.简介：丁法珂（1982—），男，山东平邑人，工程师。研究方向为无线通信技术。