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。

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。

基于定点DSP的软件锁相环的设计和实现
中科院上海微系统与信息技术研究所小卫星工程部(200050) 蒋毅凯 李国通 杨根庆
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。

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：

中断发生后，第一步读取基带同相项数据和正交项数据

A是基带信号幅度，θe是相位误差。第二步计算硬判决的同相数据乘以相位误差。

即把同相数据硬判决后结果乘以正交项数据后再乘以归一化因子K_norm。K_norm初始值由I_baseband和Q_baseband的初始值决定，

由于定时恢复环路和AGC(自动增益控制)环路的作用，K_norm在解调过程中近似保持恒定。第三步更新环路中间变量s_pll(n)，

fo是固定的NCO中心频率。至此，一次完整的SPLL计算完成。

在第三步和第四步计算中，环路滤波器系数Cl，C2可以通过环路采样时间间隔T(或者环路更新时间间隔)、环路自由频率ωn及环路阻尼系数ξ确定，如下两式：

Kd为相位检测器的增益，由于在实现软件锁相环时，基带信号的同相和正交分量都经过归一化处理，故Kd=1；K0为数控振荡器的增益，K0=2πT。T为调制数据速率的倒数(1／76800)，ξ一般取0．707。在启动载波恢复之前有一个频率捕获过程，通过1024点的FFT，可保证接收的中频信号与本振信号之间的频率差△f0最大不

2 48位定点扩展精度算法

图3描述的算法在TMS320VC5510上用C语言直接利用浮点运算实现时，只能通过C编译器产生模拟浮点运算的定点指令。这种方法效率很低，每次环路计算需花费875个指令周期。在调制数据速率为76．8kbps的数字接收机中，需要67．2MIPS的运算量。为