[发明专利]一种改进的可变码速率载波同步Costas环路设计

说明书

技术领域

本发明涉及新一代接收机通信信号处理，具体为一种基于Costas环，实现可变码速率的载波同步问题。

背景技术

同步技术作为通信系统的核心技术之一,在通信系统中占有至关重要的作用，直接影响着通信系统的性能。载波同步不仅是同步的一个重要分支，而且在很大程度上决定了相干解调系统的解调性能。载波同步方法有两类：一类是闭环载波同步法，另一类是开环载波同步法。其中，闭环载波同步法中的Costas环结构由于具有一定的频移抑制能力，且是跟踪低信噪比、抑制载波信号的最佳装置，因此在载波同步中得到了广泛应用。

目前国内外Costas环载波同步系统研究基本针对特定的码速率进行载波同步处理。由于Costas环参数值预先固定在程序内部，而一组Costas环参数值只能对应一种码速率，当输入数据的码速率变化时，则原同步参数不能实现载波同步，只能通过切换固有的码速率档位来适应有限的码速率变化，不能根据应用环境对载波同步的参数值进行实时的调整。在顶级接收机或通信仪器应用中，保密通信系统达到载波同步后，要求频率的波动范围和误码率尽量小，则Costas环的参数必须精确；跳频通信系统要求Costas环在最短的时间内建立载波同步，允许一定的频率偏移和误码率。为了满足不同通信系统的要求，要求Costas环的各部分参数实时可调，而现有的指定码速率的Costas环载波同步结构只能满足一种通信系统。

目前针对可变码速率载波同步技术研究的文献比较少,“刘国栋.速率可变差分相移键控非归零码信号的全光时钟提取.中国激光,2014”和“华杰.基于编队飞行小卫星系统的变码速率星间通信的研究.中国科学技术大学,2014”等对可变码速率进行了研究，但针对的是星间通信系统和光通信系统。因此本发明基于上述几点提出了一种针对新一代顶级接收机通信系统的Costas环载波同步结构，该结构可对参数进行实时修改、适用于可变码速率的载波同步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，针对现有Costas环结构需预先将特定码速率对应的参数值固定到程序内部，参数值不能实时修改的缺陷。提出了一种基于Costas环的载波同步结构，解决码速率变化情况下快速实现载波同步的问题。该方法通过外部控制器计算参数值，然后将计算的参数值分三组下发给FPGA对相关参数进行实时修改，达到快速实现可变码速率载波同步的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：通过外部控制器设置输入信号的相关值；外部控制器根据Android界面输入值计算对应的参数，得到三组参数值，将参数值封装成帧通过接口通道下发给内部控制器——FPGA；内部控制器收到帧后，解析帧中各部分的参数，对各部分参数进行修改，以使环路完成载波同步，其中数据流在内部控制器的处理过程与传统的指定码速率Costas环载波同步结构的处理过程一致；当同步系统输入信号的码速率改变时，Costas环中的参数就不能满足同步要求，因此必须对环路参数进行修改(例如：低通滤波器滤波系数、环路滤波器参数等)，此时外部控制器必须根据实际需要重新计算Costas环中的参数，然后将计算获得的参数值重新下发给内部处理器，内部控制器以系数重载的方式修改载波同步结构中对应的参数值，实现可变码速率条件下的载波同步。

本发明运用Costas环技术实现可变码速率条件下的载波同步，不仅克服了传统载波同步技术只能针对特定的码速率的问题，而且提高了载波同步的建立的时间。

附图说明

图1本发明整体结构图

图2本发明二阶环路滤波器结构图

图3本发明输入信号载波同步前后星座图

图4本发明输入信号载波同步前后眼图

图5本发明改进前后锁定曲线对比图

图6本发明不同滤波器阶数载波同步锁定曲线

图7本发明不同码速率输入信号的收敛曲线

具体实施方式

根据图1改进的Costas环载波同步原理框图，设输入信号表达式为：

S(t)＝m(t)cos(ω_c+θ)(1)

式中m(t)表示基带信号；ω_c为载波的中心频率；θ为初始相位。这样，输入数据与NCO产生的两路正交信号分别相乘得到混频数据，然后经过低通滤波器、鉴相器处理后，同相、正交两个环路的误差信号分别为：

S_I(t)＝m(t)cos(ω_c+θ₁)(2)