直扩OQPSK系统载波跟踪的 设计及FPGA实现

0 引言
载波同步是无线通信系统中一个重要的实际问题，是基带信号处理的关键技术。导致载波频率及相位不确定性的主要因素有：一是频率源的漂移会引起载波频率的漂移；二是电波传输的时延会产生载波相位的偏移；三是多普勒频移，即在发射机和接收机产生相对移动时，会产生多普勒频移，从而导致载波频率的偏移；四是多径效应，即信号在传输过程中由于多路径(发射、折射1传播引起多径效应，从而带来载波频率和相位的延迟。

1 OQPSK调制原理
偏移四相相移键控(Offset QPSK，OQPSK)与QPSK信号常见于扩展频谱调制，与QPSK信号类似，OQPSK信号的Q路信号相比I路信号延迟半个码元宽度。其结果是消除了已调信号中突然相移π的现象。这样，每二分之一码片时间信号就只能发生+π／2的变化。一般扩谱QPSK或OQPSK信号可用下式表示：

式中，θd(t)表示数据相位调制，c1(t)和c2(t)是相互独立的正交扩谱码，一般采用双极性不归零码(±1)。c1(t)和c2(t)码的元宽度相同。若c1(t)和c2(t)在时间上同步，即为QPSK调制。若c2(t)比c1(t)延迟半个码片时间，则为OQPSK调制。其中同相通道和正交通道的数据可以不同，这种调制叫双通道QPSK或OQPSK调制。其输出信号可以表示为：

另外，QPSK和OQPSK还允许同相通道和正交通道的发射功率不同。

2 OQPSK调制载波跟踪环的设计
由于系统收发时钟的不同源和多谱勒频移等问题，通常系统的收发会存在一定的频差，并且频差是随着时间变化的。对于OQPSK调制信号，这种频差所造成的后果是很严重的，不仅会引起信噪比下降，而且还会引起信号畸变，故应引入载波跟踪。下面以直扩OQPsK系统为例来说明其载波跟踪电路的设计。
图1所示是扩频OQPSK信号载波跟踪环的原理图。图中的r(k)为经过中频放大后的采样信号，可由下式表示：

其中，P为信号幅度，dI、dQ为I、Q两路信息数据，cI、cQ为I、Q两路扩频码序列，n(k)为噪声分量，信源编码方式为不归零码。

载波NCO输出信号为：可由其对两路正交信号进行频率和相位调整。为了抑制倒相现象的发生，可将I支路分别与CI(k)和CQ(k)相乘，并进行解扩处理。若扩频码已经取得完全同步，因I、Q两路扩频码近似正交，则RII(t)远大于RIQ(t)和噪声分量。然后由此误差来控制载波NCO并产生相应载波，再跟踪输入信号载波。