QPSK扩频调制信号载波跟踪环路设计

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1、电信科学2010年第5期研究与开发QPSK扩频调制信号载波跟踪环路设计*11，21裴军，杜晓辉，胡正群（1．中国科学院国家天文台北京100012；2.中国科学院研究生院北京100039）摘要扩频接收基带通常需要载波跟踪环来完成本地载波与接收信号载波的同步，科斯塔斯环是常用的非相干载波相位跟踪环，具有较好的鉴相特性。本文基于常规的单路单载波解调的科斯塔斯环原理，对科斯塔斯环做了改进，提出了对双通道平衡QPSK扩频基带所用载波跟踪环科斯塔斯环的改进方法，并推导出环路误差鉴相信号，用Matlab进行了仿真实验，结果证明利用本环路可实现载波稳定跟踪。关键词科斯塔斯环；QPSK解调；载波

2、相位跟踪环；直接序列扩频动态、低载噪比和有干扰情况下其综合性能较好。1引言本文在单路科斯塔斯环的基础上，分析了双路平衡扩频载波接收信号的基带处理主要包括载波信号的QPSK的解调方法，对用于载波相位跟踪的科斯塔斯环做捕获和跟踪，载波信号的跟踪通常采用载波相位跟踪环来了改进，使之能实现载波跟踪，并推导出了环路误差鉴相完成。由于在扩频系统中，载波信号低于接收噪声信号，完信号，利用本环路可实现载波信号的稳定跟踪，可以应用全被淹没在噪声之下，因此载波相位跟踪环很难提取扩频到双路平衡QPSK的电路设计中去。载波信号的相干载波。此外，由于扩频载波接收信号上有2科斯塔斯环工作原理数据调制，没有

3、足够长的导频信号供跟踪环捕获载波信[1]号，因此高质量的相干载波不易得到。扩频接收机载波的科斯塔斯环对180°相位不敏感，因此对载波调制数据解调过程依赖于扩频信号的解扩所获得的扩频增益，这就引起的相位翻转不敏感，这就是扩频接收机基带采用这种要求系统在完成载波信号和扩频码的搜索和捕获后，才能载波跟踪环的原因。由于科斯塔斯环直接跟踪载波的相位进行载波的稳定跟踪。扩频接收机通常采用非相干的科斯误差，因此在稳定跟踪后跟踪精度较高，但是由于科斯塔塔斯环来完成对载波的跟踪，这种非相干码鉴相器对载波斯环的动态范围较小，在载波相位变化比较大的情况下，相位跟踪没有很强的依赖性，不需要知道载波的精

4、确相需要其他的辅助环路来实现稳定的跟踪。科斯塔斯环包括[2，3]位，只要相位估计误差相对于预检带宽足够小即可，在高鉴相器、低通滤波器、压控振荡器（NCO）和环路滤波器，其结构如图1所示。接收的扩频载波信号分两路进入科斯塔斯环，在IQ*国家重点基础研究发展计划（“973”计划）基金资助项目（No.2007CB815504）支路上分别与本地参考信号的正余弦在相乘器上相乘，经83研究与开发制数据，ωc(t)为调制信号，p为接收机的功率，n（t）为加性高斯白噪声（AWGN）通道的噪声信号，噪声功率谱密度为N0/2，可以表示为：（2）双路QPSK扩频信号解调和解扩的原理如图2所示。输入接

5、收扩频信号分两路进入信道，与本地载波生成的正交的正余弦信号分别相乘，这里假设本地载波经环路IQ两路低通滤波器过滤后，在鉴相器上得到载波相位误载波跟踪与接收载波同步，可得：差信号。环路鉴相器是一个简单的乘法器，鉴相器的误差信号和本地参考信号与接收载波的相位误差成正比，用鉴（3）相器所得到的误差信号去控制NCO使它跟踪输入载波信号，完成载波跟踪。当有噪声时，鉴相器输出只是在0°附近才呈线性，鉴相器有不同的算法，要根据接收基带的动态[4]特性和接收信号信噪比来决定。环路滤波器在科斯塔斯环中不仅能起到低通滤波器的作用,而且决定了环路的性利用扩频码的正交相关特性，进行扩频信号的捕获和能参

6、数。跟踪，使本地扩频码与接收信号扩频码相位一致，实现扩对于采用BPSK调制的载波信号，环路的目标是将所频码的同步跟踪，再经低通滤波器去掉载波高频分量，经有的能量保留在I支路上，但是由于信道噪声的影响，I和包络检波器的积分清零，可得到两路数据的恢复信号：Q支路的向量与I轴存在一个较小的相位误差，假定锁相（5）环处于相位锁定状态，信号被准确跟踪时，I支路能量累计接近最大值，而Q支路将接近最小值，因此经过科斯塔斯（6）环处理可解出单路的数据信息。其中，Tb为传输数据周期，ci（t）和cq（t）为两路扩3双路QPSK扩频信号载波解调跟踪环频码。路的设计由图2可以看出，与单路BPSK扩频

7、载波信号解调解在双路QPSK调制中，同相通道和正交通道的数据可扩方法相比，双路QPSK平衡调制为了能跟踪到输入的扩以相同，也可以不同，这里考虑使用两路数据相同和信号频载波信号，同样需要两个跟踪环路，它们分别用来跟踪功率相等条件下的平衡QPSK方式进行载波调制，接收信扩频码的延迟锁相环（DLL）和载波频率的科斯塔斯环。双[6]号表达式为：路QPSK平衡调制扩频载波信号解调需要正交的两路载波和扩频码，因此，两路之间无相位模糊，易于解调，解调（1）后可恢复两路原始数据。对于每个支路，同样需要旋转I