摘要：闡述利用一種新的π/4-DQPSK調(diào)制快速位定時(shí)捕獲算法進(jìn)行低速率數(shù)字移動(dòng)突發(fā)通信,并利用TMSC54xDSP芯片實(shí)現(xiàn)該算法的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,較之常規(guī)算法,該算法能夠更加有效地克服多普勒頻并快速實(shí)現(xiàn)位定時(shí)捕獲。

    關(guān)鍵詞：π/4-DQPSK調(diào)制 位定時(shí) 數(shù)字信號(hào)處理器

π/4-DQPSK（π/4 Shift Differentially Encoded Quadrature Phase Shift Keying）是在1862年由貝爾實(shí)驗(yàn)室P.A.Baker首先提出垢。作為一種線性窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù),同GMSK和TFM等恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)相比,π/4-DQPSK調(diào)制技術(shù)具有更高的頻譜利用率和抗衰落、抗多徑效應(yīng)和遮蔽效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。在近年來陸地移動(dòng)通信與數(shù)字衛(wèi)星移動(dòng)通信、DAB等系統(tǒng)中受到廣泛的重視與研究。美國(guó)Qualcomm公司推出的第一個(gè)衫CDMA系統(tǒng)（Q-CDMA系統(tǒng)）就將其作為調(diào)制方式。

但是,在移動(dòng)通信中,由于電臺(tái)載體的快速運(yùn)動(dòng),接受信號(hào)中存在較大的多普勒頻移,這給接收檢測(cè)時(shí)位同步帶來了一定困難。因此如何準(zhǔn)確、快速進(jìn)行信號(hào)能量檢測(cè)、多普勒頻稱校正和位定時(shí)信號(hào)的捕獲與跟蹤成為正確檢測(cè)信號(hào)的關(guān)鍵所在。

近年來對(duì)如何克服多普勒頻移、位定時(shí)的捕獲和跟蹤提出了很多算法。文獻(xiàn)[3]提出的MPSK差分檢測(cè)算法較具代表性：先利用突發(fā)幀報(bào)頭的CR（Carrier Recovery）信號(hào)獲取載波誤差,然后再?gòu)膱?bào)頭BTR（Bit Timing Recovery）信號(hào)來獲取位定時(shí)信息[3]。但是MPSK算法并未很好地解決多普勒頻移的初始捕獲問題,而且不適合π/4-DQPSK調(diào)制方式。文獻(xiàn)[4]中的位定時(shí)算法跟蹤特性好,并且較易實(shí)現(xiàn),然而在頻差存在的情況下,校正后容易存在殘余頻差,受其影響較大。為此本文選用文獻(xiàn)[6]提出的算法,該算法在跟蹤過程中與頻差無關(guān),并可以在較短周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多普勒頻移和位定時(shí)的聯(lián)合捕獲。

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理運(yùn)算精度和速度也越來越高,特別適用于通信等實(shí)時(shí)運(yùn)算要求較高的領(lǐng)域,本文采用TI公司出品的TMS320C542數(shù)字信號(hào)算是器實(shí)現(xiàn)快速位定時(shí)捕獲算法。TMS320C542是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的TMS320系列第五代數(shù)字信號(hào)處理芯片,運(yùn)算速度達(dá)100MIPS,采用六級(jí)流水線形式,并具有大批適合數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的指令,性能價(jià)格比高,目前國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用。本文在TMS320C542芯片上實(shí)現(xiàn)了π/4-DQPSK調(diào)制信號(hào)的快速位同步算法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用DSP芯片實(shí)現(xiàn)的該算法能夠有效地實(shí)現(xiàn)多普勒頻移和位定時(shí)信號(hào)的快速捕獲,個(gè)有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

1 π/4-DQPSK調(diào)制的基本原理

π/4-DQPSK調(diào)制原理框圖和信號(hào)星座圖分別如圖1和圖2所示�？梢钥闯觯害�/4-DQPSK的最大相移為3π/4;帶限的π/4-DQPSK的包絡(luò)波動(dòng)較小;非線性信道頻譜擴(kuò)散不嚴(yán)重;當(dāng)有多徑衰落存在時(shí),它的工作敏感性小,有利于信號(hào)傳輸[4]。

假設(shè)載波初相位為0,輸出序列為：

    其中：g(t)為頻譜,是平方根升余弦基帶脈沖;ω為載波角頻率;Ts為碼元寬度;θ(t)為調(diào)制相位。θ（t）=θ（t-Ts）+Δθ(t),當(dāng)kTs≤t≤(k+1)Ts時(shí),（Xk,Yk）與Δθ（t）關(guān)系如表1所示。

考慮多普勒頻移情況,令多普勒頻移為Δω;包絡(luò)信號(hào)為A（t）=;則依據(jù)原理框圖可得受多普勒效應(yīng)影響的已調(diào)基帶信號(hào)實(shí)部與虛部分別為：

Sri(t)=A(t)cos[Δωt+θ(t)-φ]

Srq(t)=A(t)sin[Δωt+θ(t)-φ]

其中φ為收發(fā)固定相差;改寫成復(fù)數(shù)形式表示為：

2 快速位定時(shí)捕獲算法

根據(jù)文獻(xiàn)[6],首先定義x(t)=sr(t)s^r(t-2Ts),其中s^r(t)為sr(t)復(fù)共軛。則有：

    對(duì)于利用差分檢測(cè)突發(fā)幀,不需要CR碼參與檢測(cè)算法的計(jì)算,而只需BTR碼。當(dāng)BTR碼為“…x(k-1)y(k-1)xkykx(k+1)y(k+1)…=…11001100…”時(shí),可近似認(rèn)為A（t-2Ts）=A（t）。由表1可推出：

θ（t）-θ(t-2Ts)=-π/2

因此：xi(t)=A2(t)sin(2ΔωTs)

xq(t)=A2(t)cos(2ΔωTs)

xi(t),xq(t)分別為x(t)的實(shí)部和虛部。

討論接受機(jī)勻速直線運(yùn)動(dòng)情況,此時(shí)Δω在BTR期間保持不變,當(dāng)t=t0+kT時(shí),定義：