1、QPSK 扩频信号载波跟踪算法设计与仿真 刘迎超 邱元腾 山东航天电子技术研究所 摘 要： 文章对 I、Q 两路采用同一扩频码的绝对 QPSK 调制信号跟踪算法进行了设计与仿真, 仿真结果表明, 当采用绝对 QPSK 调制方式时, 无法从解调信号中正确恢复出原始数据, 采用 DQPSK 调制方式可以解决数据相位模糊问题。关键词： QPSK; Costas 载波同步; 作者简介：刘迎超 (1985.1) , 女 (汉族) , 山东菏泽人, 硕士, 工程师, 主要研究方向:航天测控通信。通信地址:山东省烟台市高新区航天路 513 号 513信箱, 邮编:264000;Email:liuych513
2、163.ccom;联系电话:18754595797作者简介：邱元腾 (1987.9) , 男 (汉族) , 山东烟台人, 硕士, 工程师, 主要研究方向:航天测控通信。通信地址:山东省烟台市高新区航天路 513 号 513信箱, 邮编:264000Email: 联系电话:13723989180Design and Simulation of carrier tracking algorithm for QPSK spread spectrum signalLiu Yingchao Qiu Yuanteng Abstract： In this paper, the I, Q two way us
3、ing the same spread spectrum yards of absolute QPSK modulation signal tracking algorithm for the design and simulation, the simulation results show that when using QPSK modulation mode, absolutely cant recover from demodulation signal correctly in the raw data, adopts the DQPSK modulation method can
4、 solve the problem of data phase ambiguity.Keyword： QPSK; Costas carrier synchronization; 1 引言目前工程上常用的扩频调制方式多为 BPSK 调制或 I、Q 两路采用不同伪码扩频的 QPSK 调制, 随着扩频通信在航天测控领域的广泛应用, 其调制方式趋向于多元化。本文设计了一种可以跟踪 I、Q 两路调制同一扩频码的载波解调算法, 并对算法在 MATLAB 平台上进行了仿真验证。2 算法设计QPSK 扩频调制信号由 I, Q 两路正交载波调制而成, 发送信号可以表示为:上式中:A 为信号幅度, C (t)
5、为扩频码, w c为载波中频, (t) 为载波相位, N (t) 为通道噪声。采用二阶 Costas 极性锁相环对上述 QPSK 扩频信号进行载波跟踪, 跟踪框图如下图所示:图 1 QPSK 扩频信号载波跟踪框图 下载原图载波环路鉴相器输出为:鉴相器增益为 1, 需要用 对鉴相器输出做归一化处理。环路滤波器采用理想低通一阶滤波器, 简化实现采用矩形积分映射, 得到最小均方误差下的环路滤波器的数字实现形式如下:图 2 环路滤波器数字实现 下载原图二阶锁相环路滤波器的传递函数为: , 式中, K=K d K v为载波环路增益, K d载波环鉴相器增益, K v为 NCO 增益。3 MATLAB 仿
6、真利用 MATLAB 对算法进行验证, 设置扩频码速率为 1.023Mbps, 载波中心频率5.49MHz, 初相为 0, IQ 路数据为全 1, 调制方式 QPSK、采样频率 17MHz、信噪比 SNR=-15d B 时的载波环仿真波形如下图所示:1) 锁定时本地载波与信源载波相差 180的仿真波形(参见下页) 2) 锁定时本地载波与信源载波相差 270的仿真波形3) 锁定时本地载波与信源载波相差 90的仿真波形1) 锁定时本地载波与信源载波相差 0的仿真波形4 结论本文利用三阶极性 Costas 锁相环对 QPSK 扩频调制信号进行载波跟踪仿真, 仿真结果表明, 极性 Costas 环可以稳定跟踪 QPSK 载波调制信号, 但跟踪出的 I, Q 数据存在四种相位模糊, 需要发射端对数据极性差分编码调制才可正确恢复原始数据。参考文献1寇艳红.GPS 原理与应用.北京:电子工业出版社, 2012. 2常鸿.星载 QPSK 数字解调器理论研究与工程实现.西安电子科技大学硕士学位论文, 2010. 3杜勇.数字调制解调技术的 MATLBA 与 FPGA 实现.北京:电子工业出版社, 2016. 4闫宏伟.GPS 高灵敏度快速捕获跟踪算法研究与实现.北京交通大学硕士学位论文, 2013.
