[发明专利]一种基于移位和加法的定点环路控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及扩频通信接收机相关通道的环路控制领域，具体地说，本发明 涉及一种基于移位和加法的定点环路控制方法。

背景技术

扩展频谱(spread spectrum)通信系统是建立在C.E.Shannon信息论的理论 基础之上的一种比较理想的通信系统。它是指用来传输信息的射频带宽远大于 信息本身带宽的一种通信方式。扩频通信系统具有抗干扰性强、截获率低、码 分多址、信号隐蔽、保密性强、测距和易于组网等许多独特的优点，目前已经 广泛应用于通信、导航、雷达、定位、测距、遥控、航天、电子对抗、移动通 信等各个领域。

相关通道是直接序列扩频通信接收机的核心处理模块之一，其研究重点主 要是围绕信号载波和伪码的跟踪。天线接收的扩频信号，经过低噪声放大器放 大，并下变频到中频，然后通过模拟数字转换器(ADC)采样变成数字信号。 当扩频接收机完成对扩频信号的捕获后，便将捕获到的码相位和载波多普勒置 入相关通道，开始对载波相位和伪码相位进行精确跟踪。

相关通道由相关器、环路控制、数据提取、观测量提取等模块构成。相关 器一般由现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)实现，其完成对 载波和伪码的剥离，并实现预检测积分。环路控制模块根据相关器输出的同相 (I)路和正交(Q)路的超前、即时和滞后累加和，通过鉴相、滤波以及生成 新的载波频率控制字和码频率控制字实现对相关通道的反馈控制。当环路锁定 时，即可进行数据的位同步、帧同步，以及伪距、多普勒频率等观测量的提取。

载波跟踪环和码跟踪环的环路控制结构一样，都是由鉴相器、滤波器以及 数控振荡器(NCO)三部分组成。载波跟踪环采用对数据调制不敏感的科斯塔 斯(Costas)环实现对载波相位的精确跟踪。一个良好设计的载波跟踪环应该先 用工作在宽频带的对动态更为牢固的锁频环(FLL)将环路闭合起来，然后逐渐 过渡到大带宽的Costas环工作，最后再将Costas环带宽变窄到稳态工作模式。 码跟踪环采用延迟锁定环(DLL)实现对伪码相位的精确跟踪。由于载波环辅 助码环技术可以消除码环中的所有动态，所以码环带宽相对于载波环带宽可以 做得很窄，以提高伪距精度。

目前关于环路控制的理论分析，以及相应的性能指标都有很成熟的结论。 但在实现时一般采用浮点环路控制，虽然不会损失精度，但这使得对处理器的 要求较高，且很难用硬件描述语言直接硬件实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对采用低端处理器或者硬件描述语言实 现扩频通信接收机基带信号处理中环路控制的要求，提出了一种基于移位和加 法的定点环路控制方法，它通过下列步骤实现：

a.相关器完成积分累加后输出6个累加结果，环路控制模块根据这6个累加 结果实现对载波跟踪环和码跟踪环的控制；

b.采用坐标旋转数字计算(Cordic)算法实现二象限反正切(atan)，完成载 波环鉴相器的工作，即atan(Q_P/I_P)，形成载波环鉴相误差x(n)；

c.对载波环鉴相误差x(n)、载波环中间变量u(n-1)和u(n-2)，经过适当移位 和加法运算后，实现载波环滤波器，形成载波环滤波器输出z(n)和新的载波环中 间变量u(n)；

d.载波环滤波器输出z(n)，加上载波中频频率控制字，形成新的载波频率控 制字，反馈到跟踪环路对载波环进行控制；

e.更新载波环中间变量，以供下一次环路控制使用，至此，载波环环路控制 完成；

f.采用近似算法计算包络，分别完成对超前和滞后累加和包络的计算；

g.采用基于移位和加法的二进制除法模块完成码环的鉴相器工作，形成码环 鉴相误差x(n)；

h.对码环鉴相误差x(n)、码环中间变量u(n-1)，经过适当移位和加法运算后， 实现码环滤波器，形成码环滤波器输出z(n)和新的码环中间变量u(n)；

i.码环滤波器输出z(n)，加上载波环滤波器输出z(n)除以比例因子得到的载 波辅助参数，再加上码中频频率控制字，形成新的码频率控制字，反馈到跟踪 环路对码环进行控制；

j.更新码环中间变量，以供下一次环路控制使用，至此，码环环路控制完成。