基于定点DSP的软件锁相环的设计和实现

摘要：软件锁相环是软件接收机中执行载波恢复功能的关键部分。提出了一种48位定点扩展精度的算法，可以有效地实现软件锁相环。与浮点算法比较，能极大地降低DSP的运算量，降低功耗，同时保证动态范围运算精度。

关键词：低轨道卫星软件接收机软件锁相环定点扩展精度算法

低轨小卫星通信是近年来卫星通信应用中一个方兴未艾的重要领域，"创新一号"小卫星是我国研制的具有完全自主知识产权的存储与转发通信小卫星，cascom手持终端是专门为这颗小卫星研制的低功耗地面手持通信终端，支持调制数据速率达76．8kbps的BPSK窄带信道。基于TI公司的低功耗16位定点数字信号处理器TMS320VC5510(最高运算能力为200MIPS)，完全用软件实现低中频数字接收机，其中包括执行载波恢复功能的软件锁相环SPLL(Soft-ware Phase-Locked Loops)。在用浮点算法实现软件锁相环时，由于TMS320VC5510是一个定点DSP处理器；没有浮点处理单元，只能用编译器产生模拟浮点运算的指令，运算量需要67．2MIPS，效率很低，因此需要一种能在TMS320VC5510上执行的定点算法，有效地降低运算量。本文提出了一种48位定点扩展精度算法实现SPLL，提高了效率，减少了运算量，同时保证了环路计算的精度和动态范围。
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1 软件锁相环

1．1 软件锁相环的结构

图1表示软件数字接收机中的解调器。它包括由改进的costas环路构成的载波跟踪环路。

采样后的中频信号经过数字混频，滤掉高频分量，通过改进的costas环路产生控制信号，控制数控振荡器(NCO)得到新的本振参考信号。其中的相位检测器和环路滤波器结构如图2所示。

1．2 软件锁相环的设计

由图2可见，SPLL的计算由计算相位误差和更新环路中间变量、输出控制信号两部分组成。算法描述可用伪码白表示：

//中断发生

{

//读取基带数据

I_baseband=I(n)

Q_baseband=Q(n)

//计算相相位误差d(n)

d(n)=sign(I_baseband)×K_norm**×Q_baseband