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1、第25卷第2期中国科学院研究生院学报Vol.25No.22008年3月JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesMarch2008文章编号:100221175(2008)0220238206基于DSPBuilder全数字接收机定时载波同步算法的实现1,2•331陈舒刘奇佳刘昌清赵克明(1中国科学院中国遥感卫星地面站,北京100086;2中国科学院研究生院,北京100049;3清华大学电子工程系,北京100084)(2007年3月19日收
2、稿;2007年5月16日收修改稿)CHENS,LIUQJ,LIUCQ,etal.Implementationoftimingandcarrier2phaserecoveryinall2digitalreceiversbasedonDSPBuilder.JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,2008,25(2):238～243摘要讨论了全数字接收机中同步算法的设计与实现,给出了基于Gardner反馈环路的定时同步算法和基于数字Cos
3、tas环的载波相位补偿算法的定点实现方案,并在Altera公司的DSPBuilder上实现了该算法.计算机仿真和FPGA(FieldProgrammableGateArray)实现都验证了其有效性,测试结果表明,该系统信噪比恶化小于115dB,时钟捕捉带大于±1%,载波频差捕捉带大于±4%.关键词全数字接收机,Gardner算法,数字Costas环,DSPBuilder中图分类号TN9271211引言全数字接收机与传统的模拟接收机相比,性能可靠,内部噪声小,更能发挥数字通信的优势,因而得到了广泛应用.对
4、于全数字的零中频接收机来说,是先用一个大致相干的模拟载波将接收信号变到零中频,然后采用一个独立于发端符号时钟的采样时钟进行过采样,最后使用数字信号处理的方法分别进行定时同步和载波相位补偿(图1),而这2种同步是全数字接收机实现准确解调的一个关键环节.图1一种全数字接收机实现方案本文将基于内插的Gardner定时同步算法与基于数字Costas环的载波相位补偿算法相结合,提出了一种全数字解调器定点实现方案.同时利用Altera公司开发的系统级开发工具DSPBuilder进行了定点仿真分析,并在FPGA上得到
5、了实现,结果表明该算法具有高速、低复杂度、性能良好的特点.[1～3]2定时同步算法使用插值的方法从采样点序列中恢复出最佳采样点的数值,这是全数字接收机定时同步算法的理•E2mail:chenshu04@mails.gucas.ac.cn第2期陈舒,等:基于DSPBuilder全数字接收机定时载波同步算法的实现239论基础.本文采用的基于插值的定时同步反馈环路如图2所示.图2基于插值的定时同步反馈环路接收机对符号周期为T的接收信号以TS为周期进行采样,由于TS来源于独立的本振时钟,所以TPTS一般是无理数
6、.采样信号经过匹配滤波得到x(mTS),再送入内插滤波器,恢复出的内插值表示为y(kTi)),Ti=TPK,K在此取2.可见,内插滤波器实际上完成了时变插值和抽取的功能.之后的内插控制电路包括定时误差检测单元(TED,TimingErrorDetector)、环路滤波器和数控振荡器(NCO,NumericalControlledOscillator)3个部分.211内插滤波器设内插滤波器的冲击响应的连续形式为hI(t),输入信号x(mTS)经过内插器,并以Ti为间隔采样后得到内插点:y(kTi)=y[(
7、mk+μk)TS]=∑x[(mk-i)TS]hI[(i+μk)TS],(1)ii=int[kTiPTS]-m其中,mk=int[kTiPTS].(2)μk=kTiPTS-mk式(1)为插值时钟恢复的基本公式,其中,μk∈[0,1),代表分数间隔的插值相位;mk是用来指示插[2]值的基点指针.本文采用Farrow结构的Cubic内插器.212定时误差检测与环路滤波器[4]本文中TED采用经典的Gardner算法实现,该算法对载波偏差不敏感,因此允许在载波同步之前先进行定时同步.其算法的数学表述如下:ε(n
8、)=y(tn-1P2+τ)[y(tn+τ)-y(tn-1+τ)],(3)其中,ε(n)代表第n个符号的定时误差;y(tn+τ)和y(tn-1+τ)分别表示当前符号与前一符号的最佳判决点,它们的差的极性反映了定时误差调整的方向;y(tn-1P2+τ)表示2个相邻符号的最佳判决点中间的采样点,其数值表征了定时误差的大小.由于TED的工作速率是2倍符号率,而环路滤波器工作在1倍符号率上,因此TED的输出在送进环路滤波器前必须先作一次2倍抽取.环路
