基于定点dsp的软件锁相环的设计和实现

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1、基于定点DSP的软件锁相环的设计和实现

2、第1内容加载中...低轨小卫星通信是近年来卫星通信应用中一个方兴未艾的重要领域，"创新一号"小卫星是我国研制的具有完全自主知识产权的存储与转发通信小卫星，cas手持终端是专门为这颗小卫星研制的低功耗地面手持通信终端，支持调制数据速率达76．8kbps的BPSK窄带信道。基于TI公司的低功耗16位定点数字信号处理器TMS320VC5510(最高运算能力为200MIPS)，完全用软件实现低中频数字接收机，其中包括执行载波恢复功能的软件锁相环SPLL(Soft-ouseg(this)">采样后的中频信号经过

3、数字混频，滤掉高频分量，通过改进的costas环路产生控制信号，控制数控振荡器(NCO)得到新的本振参考信号。其中的相位检测器和环路滤波器结构如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">1．2软件锁相环的设计由图2可见，SPLL的计算由计算相位误差和更新环路中间变量、输出控制信号两部分组成。算法描述可用伪码白表示：500)this.style.ouseg(this)">中断发生后，第一步读取基带同相项数据和正交项数据500)this.style.ouseg(this)">A是基带信号幅度，θe是相位误差。第二步计算硬

4、判决的同相数据乘以相位误差。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">即把同相数据硬判决后结果乘以正交项数据后再乘以归一化因子K_norm。K_norm初始值由I_baseband和Q_baseband的初始值决定，500)this.style.ouseg(this)">由于定时恢复环路和AGC(自动增益控制)环路的作用，K_norm在解调过程中近似保持恒定。第三步更新环路中间变量s_pll(n)，500)this.style.ouseg(this)">fo是固定的NCO

5、中心频率。至此，一次完整的SPLL计算完成。在第三步和第四步计算中，环路滤波器系数Cl，C2可以通过环路采样时间间隔T(或者环路更新时间间隔)、环路自由频率ωn及环路阻尼系数ξ确定，如下两式：500)this.style.ouseg(this)">Kd为相位检测器的增益，由于在实现软件锁相环时，基带信号的同相和正交分量都经过归一化处理，故Kd=1；K0为数控振荡器的增益，K0=2πT。T为调制数据速率的倒数(1／76800)，ξ一般取0．707。在启动载波恢复之前有一个频率捕获过程，通过1024点的FFT，可保证接收的中频信号与本振信号之间

6、的频率差△f0最大不500)this.style.ouseg(this)">248位定点扩展精度算法图3描述的算法在TMS320VC5510上用C语言直接利用浮点运算实现时，只能通过C编译器产生模拟浮点运算的定点指令。这种方法效率很低，每次环路计算需花费875个指令周期。在调制数据速率为76．8kbps的数字接收机中，需要67．2MIPS的运算量。为了降低环路计算的运算量，同时保持浮点运算具有动态范围大、精度高的优点，笔者提出了一种48位定点扩展精度计算的方法。参加运算的每个操作数由三个16位定点数ULT_48)三种基本运算来说明定点扩展精

7、度算法。操作数X由X2、X1、X0构成，操作数Y由Y2、Y1、Y0构成，结果OVE_48)两种操作。取负操作即将X1X0取负，结果保存到IPS，是浮点算法运算量(67．2MIPS)的14％。用48位扩展精度算法实现软件接收机中的SPLL，解决了浮点算法运算量大的问题，同时还具备浮点算法动态范围大、精度高的优点，已经成功应用于"创新一号"小卫星地面手持低功耗通信终端中。另外，本文提出的SPLL实现算法，通过修改环路滤波器系数，也可以应用在其他软件接收机中，具有很好的扩展性。