直擴OQPSK系統載波跟蹤的設計及FPGA實現

　　0 引言

　　載波同步是無線通信系統中一個重要的實際問題，是基帶信號處理的關鍵技術。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引起載波頻率的漂移；二是電波傳輸的時延會產生載波相位的偏移；三是多普勒頻移，即在發射機和接收機產生相對移動時，會產生多普勒頻移，從而導致載波頻率的偏移；四是多徑效應，即信號在傳輸過程中由于多路徑(發射、折射1傳播引起多徑效應，從而帶來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信號常見于擴展頻譜調制，與QPSK信號類似，OQPSK信號的Q路信號相比I路信號延遲半個碼元寬度。其結果是消除了已調信號中突然相移π的現象。這樣，每二分之一碼片時間信號就只能發生+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)在時間上同步，即為QPSK調制。若c2(t)比c1(t)延遲半個碼片時間，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射功率不同。

　　2 OQPSK調制載波跟蹤環的設計

　　由于系統收發時鐘的不同源和多譜勒頻移等問題，通常系統的收發會存在一定的頻差，并且頻差是隨著時間變化的。對于OQPSK調制信號，這種頻差所造成的后果是很嚴重的，不僅會引起信噪比下降，而且還會引起信號畸變，故應引入載波跟蹤。下面以直擴OQPsK系統為例來說明其載波跟蹤電路的設計。

　　圖1所示是擴頻OQPSK信號載波跟蹤環的原理圖。圖中的r(k)為經過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。