軟件鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

根據(jù)虛擬無(wú)線電技術(shù)的特點(diǎn)和鎖相環(huán)的基本原理,提出一種適于計(jì)算機(jī)軟件化實(shí)現(xiàn)的鎖相環(huán)數(shù)學(xué)模型,分
析不同參數(shù)對(duì)鎖相環(huán)捕獲和跟蹤性能的影響,得出不同情況下參數(shù)設(shè)定的基本準(zhǔn)則。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明,軟件鎖相環(huán)
在加性高斯白噪聲信道下具有較好的捕獲與跟蹤性能。最后提出軟件鎖相環(huán)在測(cè)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)處理的優(yōu)化方
法。
關(guān)鍵詞:虛擬無(wú)線電; 　軟件鎖相環(huán); 　鑒相器; 　環(huán)路濾波器; 　壓控振蕩器

隨著通用計(jì)算機(jī)性能的不斷提高,以DSP和FPGA為代表的專用軟件無(wú)線電平臺(tái)正在逐漸向通用化
處理器(例如CPU)的平臺(tái)轉(zhuǎn)變。目前,國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了基于通用計(jì)算機(jī)的“虛擬雷達(dá)”和“軟件GPS接收
機(jī)”,國(guó)內(nèi)也研制成功了“軟件化數(shù)字電視”[ 1～3 ] 。這種以通用計(jì)算機(jī)為處理平臺(tái),利用計(jì)算機(jī)軟件完成信
號(hào)實(shí)時(shí)處理的技術(shù)在國(guó)外被稱為虛擬無(wú)線電,它是軟件無(wú)線電技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)[ 4 ] 。
鎖相環(huán)是一種常用的信號(hào)處理方法,它廣泛應(yīng)用在測(cè)控信號(hào)相干解調(diào)、時(shí)間同步、頻率合成等領(lǐng)域。
目前使用的鎖相環(huán)可以分為模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、全數(shù)字鎖相環(huán)和軟件鎖相環(huán)[ 5 ]等幾種。隨著虛擬
無(wú)線電技術(shù)的出現(xiàn),軟件鎖相環(huán)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。盡管與其他類型鎖相環(huán)相比,其基本原理并沒(méi)
有太大變化,但在數(shù)學(xué)模型、參數(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式方面卻存在較大的差異。本文以二階二型鎖相環(huán)為例,
根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件處理的特點(diǎn),研究軟件鎖相環(huán)數(shù)學(xué)模型及參數(shù)設(shè)計(jì),并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證鎖相環(huán)在不同
信噪比時(shí)的性能,提出實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)處理的改進(jìn)措施。
1　數(shù)學(xué)模型
實(shí)質(zhì)上,軟件鎖相環(huán)可以認(rèn)為是一個(gè)時(shí)間離散的模擬鎖相環(huán)[ 5 ] 。二階二型鎖相環(huán)的s域模型示于圖
1。將一個(gè)模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為功能相同、性能相近的離散系統(tǒng)采用的方法主要有導(dǎo)數(shù)逼近法、沖激響應(yīng)不變
法、雙線性變換法和零極點(diǎn)匹配法等幾種[ 6 ] 。這里選用雙線性變換法?！…h(huán)路濾波器
二階鎖相環(huán)中的環(huán)路濾波器是一個(gè)單極點(diǎn)的無(wú)限沖擊激響應(yīng)( IIR) 濾波器,它將鑒相器輸出的角誤
差量轉(zhuǎn)化為控制輸出頻率的電壓分量。根據(jù)環(huán)路濾波器的z域模型得到其時(shí)域的差分方程。