基于直接提取载波技术的平方环设计.docx

基于直接提取载波技术的平方环设计摘要:在采用相位调制的软件无线电接收机中,载波恢复电路起到了关键性作用。研究一种用于通信的载波同步平方环电路,在传统平方环的基础上,增加了一个乘法器,当用FPGA实现数控振荡器(NCO)时,利用输出的正余弦波完全正交的特点,将平方环的频率直接锁定在载波频率上,省去了二分频电路。阐明了其工作的基本原理和设计思想,并给出了在Simulink环境下的结构框图以及仿真波形。通过这样的改进,平方环载波提取电路更为简单,由于锁定频率即为载波频率,因此能够应用于输入信号载波频率更高的环境中,具有更广泛的应用价值。关键词:锁相环;载波提取;数控振荡器;环路滤波器;Simulink 中图分类号:文献标识码:A 文章编号:1004-373X(XX)01-189-0 DesignofSquaringLoopBasedonDirectCarrierExtraction LVXinyu1,YAOYuancheng1,TANQingyi2,ZOUTengjian1 (ofInformationTechnology,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang,,China; JiuzhouElectricGroup,Mianyang,,China) Abstract:municationbasedonthetraditionalsquaringtheNumericalControlledOscillator(NCO)isrealizedonFPGA,frequencyofthesquaringloopcouldbedirectlylockedatthecarrierfrequencywithouttwodivided-frequencytreatmentbyusingtheorthogonalpropertyofsine,theworkingprincipleanddesignideaareprovided,thestructurediagramandsimulationwavesinSimulinkare,thesquaringloopcarrierextractionhasmoreextensiveapplicationvaluebecauseithasmorebriefcircuitanditcanbeusedinahigherfrequencythanthetraditionone. Keywords:phaselockedloop;carrierextraction;numericalcontroloscillator;loopfilter;Simulink 0引言在软件无线电(SDR)技术实现的收发系统中,数字锁相环在载波同步、位同步、相干解调、信号跟踪、频率选择等方面发挥着重要作用,已成为数字调制/解调,数字上变频/下变频中不可缺少的核心器件。接收机为了提取载波,普遍采用平方环法和科斯塔斯环法,其中平方环以其电路结构简单而得到了广泛应用。但在平方环电路的设计中,由于NCO(或VCO)工作在2ωc频率上,当环路锁定后,其NCO(或VCO)的输出需经过二分频才能得到所需载波。而二分频电路在实现过程中,特别是在对NCO进行数字分频时,用FPGA实现太耗资源。以下提出一种新的数字平方环电路,实现了从BPSK信号中提取相干载波的功能,简单易行,便于实现,并对其进行了数学推导和建模仿真,具有良好的实用价值。 1锁相环的结构锁相环(PLL)由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)以及数控振荡器(NCO)组成,如图1所示。图1锁相环的构成鉴相器通常由乘法器来实现,鉴相器输出的相位误差信号经过环路滤波器滤波后,作为数控振荡器的控制信号,而数控振荡器的输出又反馈到鉴相器,在鉴相器中与输入信号进行相位比较。PLL是一个相位负反馈系统,当PLL锁定后,数控振荡器的输出信号相位将跟踪输入信号的相位变化,这时数控振荡器的输出信号频率与输入信号频率相等,但相位保持一个微小误差[1]。平方环法的工作原理在平方环载波恢复电路中,BPSK信号经平方后得到两倍载频的频谱分量,用锁相环提取这一分量,然后进过二分频可得到载频分量,如图2所示。设BPSK信号平方后得到: u(t)=[∑nang(t-nTs)]2cos2ωct 当g(t)为矩形脉冲时,有u(t)=cos2ωct=12(1+cosωct),假定锁相环锁定在2ωc频率上,NCO的输出信号为S(t)=Asin(2ωct+2Δφ),其中Δφ是对输入信号相位的估计值。图平方环载波恢复电路因鉴相器采用乘法器实现,则鉴相器输出相位误差信号为: e(t)=KpA2sin(2ωct+2Δφ)+ KpA4sin(4ωct+2Δφ)+KpA4sin(2Δφ)