科斯塔斯环总结报告（全）.docx

Costas Costas 环研究总结报 科斯塔斯环总结报告 一、 研究目的： 高速移动通信系统中，收、发送机的相对运 动使得接收信号不可避免地形成快衰落信道，从 而引入较大的多普勒偏移和多普勒变化率，故此 必须纠正或补偿多普勒频偏和多普勒变化率，以 保证收发系统间的信号同步。 由于较大的多普勒频偏和多普勒变化率 的存在，造成接收载波与给定载波在频率和相位 上均存在较大的差别，为正确解调需使用载波跟 踪机制来提取相干载波，costas环路是高效、 可靠的跟踪环路，在成熟系统中常用来来提取接 收信号相干载波，以实现对接收信号进行精确相 干解调，确保收发系统信号间高可靠和高精度的 同步。 二、 性能要求： 依系统指标需求，要求该环路能够狗在 100 us（约合200个复值信号点）之内达到求解稳定， 输出相干载波的实时频偏估测值，并纠正频偏， ea ea 纠偏范围依系统指标需求应达到lkhz-30khz（载 波2Mhz）；频率抖动范围在频偏的10%以内（噪 声WIOdb）；相位抖动范围在土5°（噪声WIOdb）。 基于costas环路的高效性和可靠性以及较低的 实现代价，本课题经过仿真验证，选择该环路作 为该功能模块的实现环路。 三、costas环路基本原理概述: Costas环路在系统架构中的接入示意图如 图1所示: I I ? ? 前基模块 》正交变换Q ? 坏 q?》位同步 后基模块 图1 costas环路 系统架构中的接入图 Costas环路功能结构图如图2所示: v5 Vd * I L v6 图 2 costas 环路功能结构图 设输入的下变频后的2PSK信号(假设没有 GAWr噪声影响)m(t)cos(Wct)，其中m(t)是基带调 制信号cos(Wt)是调制载波，假定环路锁定，且 不考虑噪声影响，则振荡器输出的两路互为正交 的本地载波分别为 v1 cos(wct (t)) ⑵ v2 sin(wct (t)) ⑶ (t)为本地载波与输入相干载波之间的相位差。 由图1所示输入信号m(t)cos(Wct)分别与锁定后 的本地载波即式(2)、(3)相乘得到 i i路 v3 m(t)cos(w v3 m(t)cos(wct) cos(wct (t)) 1m(t) cos( (t)) cos(2wct (t)) v4 m(t)cos(wct) sin(wct (t)) 1m(t) sin( (t)) sin(2wct (t)) (5) 经过低通滤波器滤除2倍分量得到 1 v5 qm(t)cos( (t)) (6) v6 1 m(t)sin( (t)) 2 V5和V6相乘得到 Vd(t) KdSin(2 (t)) (8) 可以把上面部分看做是一个鉴相的过程，V 可以把上面部分看做是一个鉴相的过程， Vd(t)就 是鉴相结果。 环路滤波器的功能结构图如图3所示: Vd (t)? K1 血 Vd(t)? I * ? - z 1 A K2 图3环路滤 波器 则Vd(t)经过环路滤波器得到 vd(t)=vd (t)K1 Vd(t 1)K2 (10) 环路滤波器输出相角vd(t), vd(t)控制VCO的相位 和频率，使vd (t) 一直变小直到接近于 0,此时锁 相环进入稳定状态，此时V1就是所需的相干载 波，而V5就是相干解调输出。 四、costas环路具体算法实现 图4 QPSK信号相干载 波提取与相干解调实现 下变频后得到两路信号(假设在理想状态下点 的偏转只和频偏有关忽略噪声的影响) S(t) m(t)ej( wct) (9) 为初相，Wc等于频偏和载波的比值。 VCO 输出信号可以表示为e j(Wdt) (10) 令(9)与(10)相乘 m(t)ej(Wct)e j(Wdt) m(t)ej (Wc Wd)t (11) re m(t)cos (% wJt (12) im m(t)sin (wc wd)t (13) 令已调信号 令已调信号m(t)cos(w联)VCO输出sin(w ct ) 鉴相： 反正切函数法 arctan(m/ re) arctan —]) m(t)cos[Wc Wd)] I |(Wc wd)t k |(k 0,1,2) (14) 基于QPSK调制 (2^?(n 1,234), QPSK调制所 4 7 有的点都位于45o,135o, 225°,315。,若想正确解调信号， 则解调后的所有点都应位于旋转45。的坐标轴上。 相角为 | — (Wc Wd)t (2n 1} k (k 0,1,2)(n 0,1,2,3)— 4 4 4 (15) 符号函数法 sign(im) re sign(re) im / 2 : 2 汀e im (16) 乘法器+低通滤波器法 v7 m(t)cos(w v7 m(t)cos(wct)