適用于MPSK載波提取的高階COSTAS環(huán)路設(shè)計(jì)解析

COSTAS環(huán)是一種閉環(huán)自適應(yīng)系統(tǒng)，用于提取相干載波。本文主要介紹了一種用于載波同步的高階COSTAS環(huán)路，用于完成MPSK的相干解調(diào)中的載波同步。本文提出了一種便于軟件實(shí)現(xiàn)的COSTAS環(huán)路的簡化結(jié)構(gòu)，用于完成8PSK的載波同步，并詳細(xì)討論了采取數(shù)字信號處理器（DSP）編程實(shí)現(xiàn)COSTAS環(huán)路的一些問題。
　　關(guān)鍵詞：COSTAS環(huán)， DSP， MPSK， 載波同步
　　1. 引言
　　MPSK調(diào)制是應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字調(diào)制方式之一。按照信號檢測理論，對MPSK調(diào)制信號的平均誤碼率最小的最佳接收方式為采用鎖相環(huán)路的相干接收方式。但是，MPSK調(diào)制信號是抑制載波的信號，不能用常規(guī)的鎖相環(huán)或窄帶濾波器直接提取參考載波。而且不同于一些相位連續(xù)的調(diào)制信號，其載波相位變化只能取有限的幾個(gè)離散值，說明調(diào)制信號中包含了參考載波的相位信息?？梢酝ㄟ^非線性處理，消除信號中的調(diào)制信息，恢復(fù)調(diào)制信號中的隱含的載波信號，從而完成信號的相干解調(diào)。目前，常用的MPSK載波恢復(fù)的方法包括：平方環(huán)法，鎖相環(huán)法等。本文中，作者設(shè)計(jì)了新型的高階COSTAS環(huán)，它具有可靠、捕捉帶寬大、能快速實(shí)現(xiàn)同步的優(yōu)點(diǎn)。
　　2. 高階COSTAS環(huán)路的工作原理和結(jié)構(gòu)
　　Costas在1956年首先提出采用同相－正交環(huán)來恢復(fù)載波信號。隨后，Riter等人證明跟蹤低信噪比的抑制載波信號的最佳裝置為COSTAS環(huán)及平方環(huán)。COSTAS環(huán)路是一種閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，傳統(tǒng)的模擬COSTAS環(huán)路因?yàn)橥嘀放c正交支路的不平衡性從而使環(huán)路的性能受到一定影響，并且模擬電路存在直流零點(diǎn)漂移、調(diào)試?yán)щy的缺點(diǎn)，而全數(shù)字COSTAS環(huán)可以避免以上缺點(diǎn)，而且基于軟件無線電原理的COSTAS環(huán)路具有很強(qiáng)的兼容性。
　　2.1 普通COSTAS環(huán)路的工作原理和設(shè)計(jì)
　　2.1.1 COSTAS環(huán)路的一般原理
　　COSTAS環(huán)路包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器。鑒相器是一個(gè)簡單的乘法器。LF（環(huán)路濾波器）在COSTAS環(huán)路中不僅能起到低通濾波器的作用，并決定了COSTAS環(huán)路的性能參數(shù)。由于理想二階有源環(huán)路濾波器性能遠(yuǎn)優(yōu)于其它環(huán)路，鎖定時(shí)穩(wěn)態(tài)相差為0，同步帶大，本文采用理想二階環(huán)路，其數(shù)字化原理圖如圖1所示。
　　
　　圖1 COSTAS基本原理
　　2.2 多相信號中提取載波
　　對于BPSK有兩個(gè)相位，可用上述方法來提取載波。但是常用的MPSK有M個(gè)相點(diǎn)，不能采用圖1的COSTAS環(huán)路來提取載波，必須采用多相COSTAS環(huán)。
　　
　　圖2 四相PSK信號COSTAS環(huán)原理框圖