新型Costas环在2PSK中的研究与硬件实现.pdf

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1、第14卷第20期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．20Ju1．20141671—1815(2014)20—0237—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．新型Costas环在2PSK中的研究与硬件实现梁源王兴华向新(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要针对先验概率相等的2PSK中的信号不含载波分量，无法通过常规锁相法进行载波同步的缺陷，提出了利用新型科斯塔斯(Costas)环对2PSK进行锁频的方案。利用Simulink搭建框图平

2、台对理论进行了验证，并通过SystemGenerator自动代码生成并将代码下载到FPGA芯片上，同时通过硬件在环协同仿真功能将结果实时在Simulink平台显示出来。输出结果表明该方法能较好地达到实现锁频目的，通过比特流数据实时下载到FPGA开发板来进行调试与验证，提高系统性能。关键词2PSK载波同步科斯塔斯环硬件在环协同中图法分类号TN911．7；文献标志码A当今世界，随着VLsI(verylargescaleintegra—信号相位。在载波相干解调与信号检测同步中具有tion)的迅速发展，无线通信技术实现了理论到实践优

3、越的性能，因此它广泛地应用于通信、雷达、导航的高速推进。在通信过程中，发射和接收是通信系等无线电领域。传统模拟Costas环由于同相、正交统中至关重要的两个部分，而诸如信道中噪声干扰、分量的相位偏差使得Costas环的性能受到一定影多普勒频移等因素都将造成接收端本振频率与载波响，而数字Costas环可以避免这一问题。本文针对频率之间的频率与相位偏移，因此接收机如何捕获2PSK信号接收过程载频提取，利用Simulink搭建框并跟踪载波成为了影响通信质量好坏的关键。载波图实现数字Costas环，对所涉及原理进行验证，并通同步可以

4、分为有辅助导频的载频提取和无辅助导频过SystemGenerator的自动代码生成与硬件在环协的载频提取。有辅助导频是指发射信号中加入一个同仿真功能将生成代码下载到FPGA开发平台上，或多个导频信号，然后进行载波提取。例如，对于实现了实时动态的硬件调试。2PSK信号，当先验概率相等时，其不含载频信号，通1Costas环的基本原理过向发送信号添加导频信号后，可以通过相干法来接收此类信号。但是该类方法必须在发射信号中添Costas环主要是利用了信号的正交性并结合滤加载频信号，这样接收机就必须根据载频信号的范波实现了载波同步，因此

5、它又被称为同相正交环法。围设定相应的通带滤波器，同时在多普勒频移的影Costas仍使用锁相环进行载频的提取，主要由混频响下，导频信号会出现相位漂移，这样滤波器的带宽器、鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)、环路滤波器过宽过窄都将对接收性能造成影响¨'2J。而在有些(LF)、压控振荡器(VCO)等构成，其原理框图如图通信系统中为了提高通信系统的效率，发射信号一1所示。般不添加载频信号。对于无辅助导频，一般是利用非线性变化的方法来从发射信号中获取载波频率，主要有平方环法和科斯塔斯环法(Costas)。平方环法基本处理思想是需将载

6、波频率进行平方运算，但频率加倍会使得后续锁相环工作频率加倍，硬件实现复杂度变大。而Costas环通过组合使用乘法器和一斗围—1}“1匝H卫、u6U7●l滤波器来替代平方器，并且在性能上与平方器是一样的。图1Costas环原理结构图Fig．1SchematicforCostasloopCostas环是闭环自跟踪系统，常用来跟踪输入图1中，接收信号i与压控振荡器产生的正交2013年12月8日收到陕西省自然科学基础研究项目两路信号、：相乘后得到“，、，然后再经过低通(2009JM8001-4)、航空科学基金(20095596014

7、)资助第一作者简介：梁源(1989一)，男，湖南常德人，硕士研究生。研滤波器滤波得到u、，最终产生的两路信号经过相究方向：无线通信、软件无线电。E—mail：88048406@qq．eom。乘后得到信号，M，经过环路滤波之后产生信号科学技术与工程14卷＼／＼．厂l／、√，厂＼／I／’八八，t／s×IO一5珧×10‘(a)载波对比图(b)调制信号对比图图7恢复信号与原始信号对比图Fig．7Comparisonbetweenofiginalandrecovery增减CIC的级联级数可以增大阻带衰减、降低旁瓣电平，但是同时也会使得

8、通带失真变大，因而一般情况下级数不超过5级，本设计采用归一化的五级级联方式。传递函数表达式如式(15)所示：H()=(11_(15)3结果分析本实验的硬件协同处理平台是软件无线电平台SFFSDR评估板。结合上节讲述的主要功能模块，图8同步建立分析图Fig．8Analysisdiagramf