直擴(kuò)OQPSK系統(tǒng)載波跟蹤的 設(shè)計(jì)及FPGA實(shí)現(xiàn)

0 引言
載波同步是無(wú)線通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的實(shí)際問題，是基帶信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)。導(dǎo)致載波頻率及相位不確定性的主要因素有：一是頻率源的漂移會(huì)引起載波頻率的漂移；二是電波傳輸?shù)臅r(shí)延會(huì)產(chǎn)生載波相位的偏移；三是多普勒頻移，即在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，從而導(dǎo)致載波頻率的偏移；四是多徑效應(yīng)，即信號(hào)在傳輸過程中由于多路徑(發(fā)射、折射1傳播引起多徑效應(yīng)，從而帶來(lái)載波頻率和相位的延遲。

1 OQPSK調(diào)制原理
偏移四相相移鍵控(Offset QPSK，OQPSK)與QPSK信號(hào)常見于擴(kuò)展頻譜調(diào)制，與QPSK信號(hào)類似，OQPSK信號(hào)的Q路信號(hào)相比I路信號(hào)延遲半個(gè)碼元寬度。其結(jié)果是消除了已調(diào)信號(hào)中突然相移π的現(xiàn)象。這樣，每二分之一碼片時(shí)間信號(hào)就只能發(fā)生+π／2的變化。一般擴(kuò)譜QPSK或OQPSK信號(hào)可用下式表示：

式中，θd(t)表示數(shù)據(jù)相位調(diào)制，c1(t)和c2(t)是相互獨(dú)立的正交擴(kuò)譜碼，一般采用雙極性不歸零碼(±1)。c1(t)和c2(t)碼的元寬度相同。若c1(t)和c2(t)在時(shí)間上同步，即為QPSK調(diào)制。若c2(t)比c1(t)延遲半個(gè)碼片時(shí)間，則為OQPSK調(diào)制。其中同相通道和正交通道的數(shù)據(jù)可以不同，這種調(diào)制叫雙通道QPSK或OQPSK調(diào)制。其輸出信號(hào)可以表示為：

另外，QPSK和OQPSK還允許同相通道和正交通道的發(fā)射功率不同。

2 OQPSK調(diào)制載波跟蹤環(huán)的設(shè)計(jì)
由于系統(tǒng)收發(fā)時(shí)鐘的不同源和多譜勒頻移等問題，通常系統(tǒng)的收發(fā)會(huì)存在一定的頻差，并且頻差是隨著時(shí)間變化的。對(duì)于OQPSK調(diào)制信號(hào)，這種頻差所造成的后果是很嚴(yán)重的，不僅會(huì)引起信噪比下降，而且還會(huì)引起信號(hào)畸變，故應(yīng)引入載波跟蹤。下面以直擴(kuò)OQPsK系統(tǒng)為例來(lái)說明其載波跟蹤電路的設(shè)計(jì)。
圖1所示是擴(kuò)頻OQPSK信號(hào)載波跟蹤環(huán)的原理圖。圖中的r(k)為經(jīng)過中頻放大后的采樣信號(hào)，可由下式表示：

其中，P為信號(hào)幅度，dI、dQ為I、Q兩路信息數(shù)據(jù)，cI、cQ為I、Q兩路擴(kuò)頻碼序列，n(k)為噪聲分量，信源編碼方式為不歸零碼。

載波NCO輸出信號(hào)為：可由其對(duì)兩路正交信號(hào)進(jìn)行頻率和相位調(diào)整。為了抑制倒相現(xiàn)象的發(fā)生，可將I支路分別與CI(k)和CQ(k)相乘，并進(jìn)行解擴(kuò)處理。若擴(kuò)頻碼已經(jīng)取得完全同步，因I、Q兩路擴(kuò)頻碼近似正交，則RII(t)遠(yuǎn)大于RIQ(t)和噪聲分量。然后由此誤差來(lái)控制載波NCO并產(chǎn)生相應(yīng)載波，再跟蹤輸入信號(hào)載波。