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

　　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。

　　系統(tǒng)仿真時(shí)，可取10個(gè)二進(jìn)制雙極性碼為信碼，中頻取7．2 MHz，載波NCO相位累加器的位寬為18位，載波NCO的參考頻率為28．8 MHz。這樣，載波NCO的輸出頻率精度為28．8 MHz／218≈0．1 kHz 。然后由NCO頻率控制字公式k=f02N/fc，即可計(jì)算頻率控制字的輸入。

　　跟蹤環(huán)路中累加器的長(zhǎng)度為一個(gè)信碼的長(zhǎng)度即一個(gè)擴(kuò)頻碼周期，由此發(fā)射載頻和本地載波跟蹤環(huán)路，即可輸出瞬時(shí)相位誤差，其具體數(shù)據(jù)如表1所列。

　　根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，由式ω=0θ／(NTpn)可計(jì)算出補(bǔ)償頻率，經(jīng)驗(yàn)證與頻偏大致相同(誤差不超過(guò)300 Hz)。其中θ為表1中的誤差，N為擴(kuò)頻碼序列的長(zhǎng)度；Tpn為擴(kuò)頻碼一個(gè)碼片時(shí)間。把該補(bǔ)償頻率與載波NCO系統(tǒng)之前輸出的頻率相加，然后計(jì)算出載波NCO頻率控制字的輸入，即可產(chǎn)生所需頻率。在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，載波跟蹤環(huán)路算法可在FPGA中實(shí)現(xiàn)。

　　3 載波NCO的設(shè)計(jì)

　　載波NCO可由ALTERA提供的IP核生成，也可由自己設(shè)計(jì)，圖2所示是載波NCO的設(shè)計(jì)原理圖。

　　由圖2可見(jiàn)，載波NCO主要由相位累加器、相位調(diào)制器和波形存儲(chǔ)器三部分組成。

　　3．1 相位累加器

　　相位累加器是NCO的核心，可完成相位累加功能。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，累加器都將頻率控制字FW(N-1：0)與寄存器輸出的相位累加數(shù)據(jù)相加，再把相加后的結(jié)果送至累加器的輸入端。同時(shí)寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘作用后產(chǎn)生的相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進(jìn)行相加。這樣，相位累加器即可在時(shí)鐘的作用下進(jìn)行相位累加。每當(dāng)累加器加滿時(shí)，產(chǎn)生一次溢出，以控制各寄存器異步清零，從而完成一個(gè)周期動(dòng)作。而當(dāng)下一時(shí)鐘來(lái)時(shí)，再開(kāi)始下一周期的累加。這里的頻率控制字與輸出頻率f0的關(guān)系式為：

k=f02N/f

　　3．2 相位調(diào)制器

　　相位調(diào)制器可接收相位累加器的相位輸出。這里應(yīng)加一個(gè)相位偏移值，主要用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相位調(diào)制，如PSK(相移鍵控)等，在不使用時(shí)可以去掉該部分，或加一個(gè)固定的相位控制字。

　　3．3 波形存儲(chǔ)器

　　波形存儲(chǔ)器即正弦ROM查找表，它采用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的取樣地址，然后進(jìn)行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換，從而在給定的時(shí)間上確定輸出的波形的抽樣幅值。N位的尋址ROM相當(dāng)于把0~360°的正弦信號(hào)離散成具有2N個(gè)采樣值的序列。若波形有D位數(shù)據(jù)位，則2N個(gè)采樣值的幅值將以D位二進(jìn)制數(shù)固化在ROM中，這樣，按照地址的不同，就可以輸出相應(yīng)的正弦信號(hào)的幅值。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了直擴(kuò)OQPSK系統(tǒng)載波跟蹤的原理及FPGA實(shí)現(xiàn)方法。經(jīng)實(shí)際的系統(tǒng)調(diào)試證明，該方法能有效的抑制OQPSK調(diào)制的倒相現(xiàn)象，即能在相位誤差積累到一定程度后，有效地反饋到載波NCO的輸入端．從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的載波跟蹤。