1. 引言

MPSK調制是應用最為廣泛的數字調制方式之一。按照信號檢測理論，對MPSK調制信號的平均誤碼率最小的最佳接收方式為采用鎖相環路的相干接收方式。但是，MPSK調制信號是抑制載波的信號，不能用常規的鎖相環或窄帶濾波器直接提取參考載波。而且不同于一些相位連續的調制信號，其載波相位變化只能取有限的幾個離散值，說明調制信號中包含了參考載波的相位信息。可以通過非線性處理，消除信號中的調制信息，恢復調制信號中的隱含的載波信號，從而完成信號的相干解調。目前，常用的MPSK載波恢復的方法包括：平方環法，鎖相環法等。本文中，作者設計了新型的高階COSTAS環，它具有可靠、捕捉帶寬大、能快速實現同步的優點。

2. 高階COSTAS環路的工作原理和結構

Costas在1956年首先提出采用同相－正交環來恢復載波信號。隨后，Riter等人證明跟蹤低信噪比的抑制載波信號的最佳裝置為COSTAS環及平方環。COSTAS環路是一種閉環自動調整系統，傳統的模擬COSTAS環路因為同相支路與正交支路的不平衡性從而使環路的性能受到一定影響，并且模擬電路存在直流零點漂移、調試困難的缺點，而全數字COSTAS環可以避免以上缺點，而且基于軟件無線電原理的COSTAS環路具有很強的兼容性。

2.1 普通COSTAS環路的工作原理和設計

2.1.1 COSTAS環路的一般原理

COSTAS環路包括鑒相器、環路濾波器、壓控振蕩器。鑒相器是一個簡單的乘法器。LF(環路濾波器)在COSTAS環路中不僅能起到低通濾波器的作用，并決定了COSTAS環路的性能參數。由于理想二階有源環路濾波器性能遠優于其它環路，鎖定時穩態相差為0，同步帶大，本文采用理想二階環路，其數字化原理圖如圖1所示。

圖1 COSTAS基本原理

2.2 多相信號中提取載波

對于BPSK有兩個相位，可用上述方法來提取載波。但是常用的MPSK有M個相點，不能采用圖1的COSTAS環路來提取載波，必須采用多相COSTAS環。

圖2 四相PSK信號COSTAS環原理框圖

3. 高階COSTAS環路的DSP算法優化

從上面M=8的高階鎖相環的結構來看，8PSK信號進入高階COSTAS環路，需要采用DSP實現八路鑒相器，八路低通濾波器（濾掉倍頻分量，得到低頻分量）和壓控振蕩器，計算量是非常龐大的。如何進行資源合理配置、達到DSP實時處理是載波恢復的難點，因此需要對DSP程序的優化作深入的研究。

在用C語言進行DSP軟件開發時，一般先在PC機上對算法進行仿真，再將C語言移植到DSP平臺中。按照開發的順序，相應的優化工作也包括兩部分：一是仿真環境中的優化，二是DSP目標環境的進一步優化。下面結合TI公司的TMS320C64x系列DSP的C編譯器，討論在MPSK的相干解調中的具體優化工作。