直擴OQPSK系統載波跟蹤的 設計及FPGA實(shí)現

0 引言
載波同步是無(wú)線(xiàn)通信系統中一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題，是基帶信號處理的關(guān)鍵技術(shù)。導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；二是電波傳輸的時(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)射機和接收機產(chǎn)生相對移動(dòng)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生多普勒頻移，從而導致載波頻率的偏移；四是多徑效應，即信號在傳輸過(guò)程中由于多路徑(發(fā)射、折射1傳播引起多徑效應，從而帶來(lái)載波頻率和相位的延遲。

1 OQPSK調制原理
偏移四相相移鍵控(Offset QPSK，OQPSK)與QPSK信號常見(jiàn)于擴展頻譜調制，與QPSK信號類(lèi)似，OQPSK信號的Q路信號相比I路信號延遲半個(gè)碼元寬度。其結果是消除了已調信號中突然相移π的現象。這樣，每二分之一碼片時(shí)間信號就只能發(fā)生+π／2的變化。一般擴譜QPSK或OQPSK信號可用下式表示：

式中，θd(t)表示數據相位調制，c1(t)和c2(t)是相互獨立的正交擴譜碼，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調制。若c2(t)比c1(t)延遲半個(gè)碼片時(shí)間，則為OQPSK調制。其中同相通道和正交通道的數據可以不同，這種調制叫雙通道QPSK或OQPSK調制。其輸出信號可以表示為：

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調制載波跟蹤環(huán)的設計
由于系統收發(fā)時(shí)鐘的不同源和多譜勒頻移等問(wèn)題，通常系統的收發(fā)會(huì )存在一定的頻差，并且頻差是隨著(zhù)時(shí)間變化的。對于OQPSK調制信號，這種頻差所造成的后果是很?chē)乐氐?，不僅會(huì )引起信噪比下降，而且還會(huì )引起信號畸變，故應引入載波跟蹤。下面以直擴OQPsK系統為例來(lái)說(shuō)明其載波跟蹤電路的設計。
圖1所示是擴頻OQPSK信號載波跟蹤環(huán)的原理圖。圖中的r(k)為經(jīng)過(guò)中頻放大后的采樣信號，可由下式表示：

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

載波NCO輸出信號為：可由其對兩路正交信號進(jìn)行頻率和相位調整。為了抑制倒相現象的發(fā)生，可將I支路分別與CI(k)和CQ(k)相乘，并進(jìn)行解擴處理。若擴頻碼已經(jīng)取得完全同步，因I、Q兩路擴頻碼近似正交，則RII(t)遠大于RIQ(t)和噪聲分量。然后由此誤差來(lái)控制載波NCO并產(chǎn)生相應載波，再跟蹤輸入信號載波。