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电路设计与实现分析

1跟踪解调电路的数学模型

本设计采用延迟锁定环(DLL)和科斯塔斯环(Costas)分别作为跟踪解调电路中伪码跟踪环路和载波跟踪环路的数学模型。扩频信号的同步具体包括:捕获和跟踪。捕获是完成对信号的粗同步,使伪码相位对齐到半个码片之内,载波多普勒频移落在一个多普勒频移单元之内。跟踪环路又分伪码跟踪环和载波跟踪环。伪码跟踪环可跟踪由于载体与发射机相对运动引发的伪码相位偏移,载波跟踪环则对载波相位和载波多普勒频移实现跟踪。原理框图如图1所示。具体设计实现过程中,首先将输入信号与本地载波相乘实现载波分离,然后分别与超前、滞后和对准支路的伪码相乘进行解扩,并通过积分累加器来提高信噪比,同时滤除高频分量。其中伪码跟踪环采用超前和滞后能量差检测器(DLL),载波跟踪环采用四相反正切鉴相器(PLL),得到的伪码和载波相位误差通过环路滤波器实时反馈到伪码和载波DCO,用以调整伪码和载波DCO的频率最终来达到减小误差的目的。

2跟踪解调电路设计

2.1信号相关处理电路设计。信号相关处理电路主要负责建立载波DCO、伪码DCO、乘法器和码相关及积分清洗电路,用来完成对高频信号的过滤,并产生处理器所需要的数据。2.2NiosII软核处理器设计。NiosII软核处理器的作用是配合相关处理单元实现环路跟踪算法,其通过QuartusII软件中集成的软核设计软件SOPCBuilder设计实现,主要包括CPU、片上存储器、串行调试接口JTAGUART、地址线address、双向数据线data、读写控制线r_w、中断输出线interupt。设计完成后可作为自定义元件,在QuartusII中调用。2.3处理器外围接口设计。外围接口电路是连接处理器与外围逻辑单元的桥梁,在该设计中其主要负责在控制信号的作用下完成外围逻辑电路与NiosII处理器间的数据交互,以实现扩频信号跟踪解调电路的完整功能。

3环路跟踪算法软件设计

3.1算法的总体流程。扩频信号跟踪解调电路中,环路跟踪算法主要是接收并处理相关器的累加值,以完成鉴频、鉴相和滤波、载波和码DCO控制量的调节等功能。3.2伪码跟踪环路算法设计伪码跟踪算法采用二阶超前—滞后非相干跟踪环,在伪码跟踪过程中,跟踪算法间歇性读取积分清洗电路的输出值,将其用于伪码相位的比较,并将比较结果作用于环路滤波器以产生码DCO的相位控制字。伪码相位比较时首先判断超前滞后对准支路的相关值,并将其与失锁门限LV进行比较,即:当2()PLZkV成立时,码跟踪进行归一化鉴相:这样,在信号处理的过程中,就可以避免不同强度信号的变化引起的干扰,当归一化处理结束后,程序转入环路滤波算法,环路滤波对噪声和高频分量起抑制作用,并控制着码环路的相位校正速度。当2()PLZkV不成立时,伪码失锁,置失锁标志,程序返回。3.3载波跟踪算法设计。伪码跟踪稳定后,环路转入载波跟踪阶段,依次进行频率跟踪和相位跟踪。进入载波跟踪程序后,算法实时计算平均频率误差以判断频率是否稳定跟踪,待频率跟踪稳定后则置频率稳定标志,程序进入相位跟踪。进入相位跟踪后程序流程和频率跟踪流程类似。通过实时判断相位误差来检测是否达到稳定跟踪,进而决定相位跟踪稳定标志的置与否。

4结语

本文在FPGA中设计实现了伪码和载波跟踪解调电路,并得出正确的仿真结果;在FPGA中构建自定义的NiosII软核处理器,以作为实现环路跟踪算法的平台;通过构建NiosII软核处理器,并在其中设计高级算法,可以提高系统的集成度,增加系统的易维护性和可升级能力。

参考文献

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作者:李新亮 单位:中华通信系统有限责任公司河北分公司

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