多普勒頻移的影響分析

多普勒頻移的影響分析

二進(jìn)制相位位移編碼控制是一種基本而重要的調(diào)幅方法。這是一種抑制波幅延遲的方法，其譜利用率高，誤碼率低，被廣泛使用。BPSK調(diào)制的載波同步1科斯塔斯環(huán)和bsk信號(hào)同步解調(diào)科斯塔斯環(huán)由約翰·科斯塔斯在1956年提出,用于實(shí)現(xiàn)雙邊帶載波抑制AM信號(hào)的相位跟蹤、采集、同步和解調(diào)。盡管,科斯塔斯環(huán)最初是用于雙邊帶載波抑制AM信號(hào)的同步解調(diào),也能很好地用于其他載波抑制調(diào)制信號(hào)的同步解調(diào),BPSK信號(hào)能被表示成雙邊帶載波抑制AM信號(hào),從而用科斯塔斯環(huán)進(jìn)行載波同步、數(shù)據(jù)解調(diào)?？扑顾弓h(huán)的基本結(jié)構(gòu)壓控振蕩器用來(lái)產(chǎn)生載波參考信號(hào),它與輸入信號(hào)同相相乘及相移90°再相乘,相乘器經(jīng)低通濾波器輸出,兩路低通濾波器輸出加到第三個(gè)相乘器上,用它的輸出經(jīng)環(huán)路濾波器濾波后去控制環(huán)路的壓控振蕩器。先不考慮噪聲時(shí),輸入信號(hào)為±Acos(ωt+φ①對(duì)I相乘器為②對(duì)Q相乘器為其中φ2實(shí)體數(shù)字域轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)模擬科斯塔斯環(huán)的性能受I、Q兩路相位不平衡影響大,同時(shí)還有直流零點(diǎn)漂移難于解決的問(wèn)題,全數(shù)字鎖相環(huán)不存在這些問(wèn)題。這個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)是基于模擬科斯塔斯環(huán)每個(gè)部件的直接數(shù)字域轉(zhuǎn)換?？扑顾弓h(huán)是一個(gè)鎖相環(huán),其等效模擬相位模型及數(shù)字相位模型為圖2所示,一般地,從一個(gè)模擬系統(tǒng)函數(shù)變換到一個(gè)相應(yīng)的數(shù)字系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法有脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法在科斯塔斯環(huán)路中,環(huán)路濾波器起到一個(gè)關(guān)鍵作用其構(gòu)成的鎖相閉環(huán)傳輸函數(shù)為這里采用脈沖響應(yīng)不變法由模擬鎖相環(huán)設(shè)計(jì)近似的數(shù)字鎖相環(huán),由脈沖響應(yīng)不變法可以得到二階數(shù)字環(huán)路相位的模型數(shù)字環(huán)路參數(shù)3環(huán)寬帶與波形的探測(cè)時(shí)間和靜態(tài)差異之間的關(guān)系3.1穩(wěn)定型差假設(shè)輸入載波的相位可表示為其中R是頻率變化率,對(duì)該信號(hào)采用上述的二階二型鎖相環(huán)路(理想積分)進(jìn)行跟蹤,其穩(wěn)態(tài)相差為3.2記錄時(shí)間對(duì)于理想積分濾波器鎖相環(huán)路,其捕獲時(shí)間由公式可知,ω4環(huán)路信噪比snr由上述分析可知,環(huán)路帶寬越大,T得到一般解調(diào)器輸入信噪比為10dB,這里SNR要保證環(huán)路信噪比(SNR由c若飛行器的加速度不為零,環(huán)路相位跟蹤誤差就不為零。這里設(shè)定環(huán)路穩(wěn)態(tài)相差小于10°,由上述推導(dǎo)的穩(wěn)態(tài)相差公式5環(huán)路鎖定控制系統(tǒng)仿真針對(duì)低速率指令控制的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用,取數(shù)據(jù)率為10kbit/s,中頻載波為30MHz,科斯塔斯環(huán)輸入信噪比為10dB,頻率偏移為0～55kHz,NCO(數(shù)控振蕩器)為16位,采用Matlab的Simulink進(jìn)行仿真,對(duì)兩種環(huán)路帶寬分別進(jìn)行仿真測(cè)試,先對(duì)大環(huán)路帶寬條件下進(jìn)行系統(tǒng)仿真,當(dāng)頻差在0～35kHz范圍內(nèi),鎖相環(huán)可在一個(gè)周期鎖定,如圖4所示,在大環(huán)路帶寬條件下,其快捕帶理論估算值為66.8kHz,然后再對(duì)小環(huán)路帶寬條件下進(jìn)行系統(tǒng)仿真,當(dāng)頻差在0～20Hz范圍內(nèi),鎖相環(huán)可在一個(gè)周期鎖定,其快捕帶理論估算值為67.5Hz,其環(huán)路信噪比達(dá)到27.98dB,大環(huán)路帶寬條件下,環(huán)路信噪比為6dB,信噪比改善21.98dB。利用環(huán)路特性設(shè)計(jì)環(huán)路鎖定指示電路,用于實(shí)現(xiàn)環(huán)路帶寬的切換,當(dāng)在大環(huán)路帶寬條件下,環(huán)路鎖定時(shí),鎖定指示電路輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?并控制鎖相環(huán)路由大環(huán)路帶寬切換到小環(huán)路帶寬,鎖定指示曲線如圖3所示。圖3是鎖相環(huán)鑒相控制從大環(huán)路帶寬捕獲鎖定到小環(huán)路帶寬鎖定的過(guò)程,從圖可以看出,鎖相環(huán)在大環(huán)路帶寬條件下,只經(jīng)過(guò)一個(gè)周期,環(huán)路即快速鎖定,然后當(dāng)鎖定指示為高電平時(shí),環(huán)路帶寬切換為窄帶,鑒相控制曲線由粗糙變得很精細(xì),其鎖相載波頻譜也由圖4(a)的形狀變?yōu)閳D4(b)的形狀,載波相位噪聲由較大變?yōu)楹苄?相位噪聲改善大于30dB,達(dá)到載波的高跟蹤精度。針對(duì)高碼率數(shù)據(jù)傳輸,取數(shù)據(jù)率為20Mbit/s,中頻載波為300MHz,科斯塔斯環(huán)輸入信噪比為10dB,頻率偏移為0～35kHz,NCO為16位,AD采樣率240MHz為帶通采樣,得到的仿真結(jié)果與低碼率仿真結(jié)果基本一致。圖5為仿真結(jié)果,為示波器觀測(cè)結(jié)果,示波器通道1為鎖相環(huán)鑒相控制曲線,通道2為鎖定指示曲線,通道3為解調(diào)輸出數(shù)據(jù),通道4為原始數(shù)據(jù)。該圖為兩幅圖疊加,圖5中右圖為左圖的放大圖。6鎖相環(huán)噪聲仿真①采用理想積分濾波器為環(huán)路濾波器的鎖相環(huán),其環(huán)路帶寬越大,環(huán)路鎖定越快,但同步帶寬越寬,鎖相環(huán)路噪聲性能越差,仿真的結(jié)果顯示,即使在大頻偏情況下,鎖相環(huán)鎖定速度很快,但鎖定的載波相位噪聲很大,若直接用于解調(diào),系統(tǒng)誤碼率將很大;②環(huán)路帶寬調(diào)整為窄帶,鎖相環(huán)路噪聲性能優(yōu)良,鎖定的載波相位噪聲小,與環(huán)路帶寬為大寬帶下相位噪聲相比,載波相位噪聲改善了30dB多;③從計(jì)算和仿真結(jié)果可知,在