高动态环境下猝发DQPSK系统载波跟踪设计与实现.docx

高动态环境下猝发DQPSK系统载波跟踪设计与实现摘要：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。关键词：DQPSK；载波跟踪；高动态；猝发通信中图分类号：TN850.4?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）13?0010?03Abstract：Thecarriertrackingschemeforfrequencypullingoffour?phasefrequencydiscriminationandfrequencydiscriminationauxiliaryphasediscriminationisproposedforburstDQPSKcommunicationsysteminhighdynamiccircumstance.TheschemewasverifiedbyMatlabsimulationandrealizedinFPGAwithVHDLprogram.Performancetestwasproceededonhardwareplatform.Thetestresultsshowthattheproposedschemeisfeasible.Hardwareimplementationsatisfiestherequirementsofdesignobjective.Keywords：DQPSK；carriertracking；highdynamic；bustcommunication0引言差分四相相移键控（DQPSK）调制具有较好的频带利用率及良好的抗干扰性能在数字微波通信系统中得到了广泛应用。载波跟踪是DQPSK信号相干接收的关键技术之一受多普勒频移和本振不稳定等因素的影响接收信号存在频率漂移从而使收发载波存在较大频偏直接影响到接收机的性能因此必须将频偏消除。而在高动态环境下且采用猝发通信模式对系统载波捕获速度与跟踪精度提出更严格的要求常用的科斯塔斯（COSTAS）载波跟踪环路已不能满足使用要求。因此采用一种四相鉴频[1-3]频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案[4]并编写VHDL程序在FPGA中实现[5-7]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。1DQPSK中频接收总体方案中频接收机总体方案如图1所示[8]。经A/D采样的中频信号和NCO输出的正交载波相乘后频谱搬移到0中频附近此时数据流的速率仍很高为40.96MHz采用积分梳状滤波器低通滤波同时进行16倍抽取将数据速率降低到2.56MHz最后进行匹配滤波得到基带信号。先对下变频、降速率的IQ两路数据进行四相鉴频频率牵引牵引到一定频差后四相鉴频器停止工作转向鉴频辅助鉴相环路跟踪载波所生成的相位误差信号送入环路滤波器滤除高频分量后作为载波相位调整信息送入NCO产生所需频率的载波。基带信号在符号判决器中完成解调再经并/串转换得到输出数据。2载波跟踪具体设计2.1四相鉴频算法输入的中频信号经过正交解调和相关积分后载波多普勒频移被牵引到一个频率搜索单元范围此时频率估计误差仍然较大有可能超出鉴频的线性跟踪范围。因此首先用四相鉴频器将误差降低到较小的频差范围内。环路中IQ两路信号积分清零的输出可表示为：[I（k）≈AD（k）sinc{[Δf（k）]?πT}cos（φk）+nI（k）][Q（k）≈AD（k）sinc{[Δf（k）]?πT}sin（φk）+nQ（k）]式中：[A]为信号幅度；[D（k）]为数据信息；[Δf（k）]为频偏；[φk]为相位差。频率误差信号通过比较两个连续时序同相正交信号分量获得计算同一时刻同相、正交信号分量绝对值之差为：[I（k）-Q（k）=A?R[ε（k）]?sinc{[Δf（k）]?πT}?{cosφk-sinφk}]式中：[ε（k）]为误差信号；[T]为数据持续时间。由于载波跟踪时码相位估计对准在一个码片范围内则[R[ε（k）]>0][I（k）-Q（k）]的符号与[η={cosφk-sinφk}]的符号相同可将载波频率误差分割成4个区间设频率误差信号为[β]则有：