【正文】 擴頻碼的同步捕獲 第 6章 1 擴頻碼同步是指到達接收機的擴頻編碼信號與本地參考擴頻信號在碼的圖案位置和碼時鐘速率在時間上都是準確一致的 .本地參考碼是否與接收擴頻碼同步是對期望信號實現(xiàn)解擴和對非期望信號進行頻譜擴展的關鍵。 引言 擴頻碼同步包含兩個步驟 （ 1） 同步捕獲 (Acquisition， 粗同步 )：使本地參考擴頻碼與接收擴頻碼的相位 （ 延時 ） 之差小于半個碼元 （ 切普 ） 寬度 ， 要求本地振蕩的中心頻率精確到使解擴后的信號頻譜落在中頻濾波器的通頻帶之內 ， 保證解調器能很好地工作 。 （ 2） 同步跟蹤 (Tracking， 精同步 )：擴頻接收機實現(xiàn)擴頻碼同步捕獲后 ， 本地參考擴頻碼必須盡可能精確地跟蹤接收信號的變化 ， 使本地參考擴頻碼相位與接收擴頻碼相位的差別盡可能的小 ， 以期在相關器獲得最大相關輸出 。 2 擴頻碼的同步 圖 61 擴頻通信系統(tǒng)原理框圖 3 本地參考擴頻碼不是在接收機中產生 ， 而由發(fā)射機產生 ，再發(fā)送到接收機 。 擴頻碼 c(t)同時對兩載波進行調制 ， 信息僅對載波 fc1調制 ， 兩載波相差一中頻 。 它們在接收機中經混頻后自然成為已解擴的中頻信號 。 發(fā)射參考信號法 4 對直接序列系統(tǒng)和頻率跳變系統(tǒng)都適用，特別適用于對接收機的體積、重量和成本有嚴格限制的系統(tǒng)中。 特點 （ 1） 接收機簡單 ； （ 2） 抗干擾能力差 ： 只要能進入接收機射頻通道的兩個頻率差為 fIF 的干擾信號都能對接收機造成干擾 ， 而不受擴頻處理增益抑制 。 接收機參考信號不是本地產生 ， 而是經傳輸?shù)玫?， 在傳輸過程中必然會受到干擾或噪聲的污染而使接收機輸出的噪聲增大 。 （ 3） 效率低 ： 由于載波 fc2不攜帶信息 ， 對輸出信噪比的改善毫無貢獻 ， 浪費了發(fā)射機功率資源 。 （ 4） 不適用于 CDMA體制：作為地址碼的擴頻序列 ， 由發(fā)射機產生 ， 系統(tǒng)內的任一接收機都能接收系統(tǒng)內任一發(fā)射機發(fā)出的信號 。 5 統(tǒng)一定時法 在衛(wèi)星通信中已得到應用。在統(tǒng)一定時擴頻通信系統(tǒng)中，可以采用像原子鐘那樣準確度極高的時鐘，而衛(wèi)星軌道參數(shù)可以精確知道，傳輸延遲也可精確計算出來。接收機只要經過極短的搜索時間就可捕獲接收到的擴頻碼信號，從而實現(xiàn)擴頻碼同步。 突發(fā)同步法 發(fā)射機發(fā)射一個短促的高功率低占空比脈沖信號，給接收機提供快速同步信息，告訴接收機隨后而來的是直接序列信號或頻率跳變信號的起始相位（起始時間）。信號突然發(fā)射，突然消失，容易被干擾者（敵方）忽視，即使要進行干擾也要連續(xù)發(fā)射大功率的干擾信號才能奏效。 6 自同步法 基于接收碼字序列本身所作的任何一種測度，只要它在同步和非同步狀態(tài)下能顯示出明顯差別，就可用于鑒別同步與非同步的測度，這是一切同步技術的根本原理。 自同步的理論依據(jù) 擴頻碼同步捕獲依據(jù) ： 對于偽隨機碼序列，由于其具有優(yōu)良的自相關特性，碼序列同步時，相關函數(shù)取最大值；不同步時，相關函數(shù)取值較小或接近零。 同步捕獲操作 ： 接收機開始接收擴頻信號時 ， 選擇和調整接收機本地參考擴頻碼序列的相位 ， 使它與接收擴頻碼序列相位一致 。 這一過程就是接收機捕獲接收擴頻碼序列相位的過程 ， 又稱為擴頻碼序列的初始同步 。 7 說明 ： 采用 2N個相關器。它們使用同一本地參考擴頻碼序列，但序列的相位各不相同，依次滯后半個碼元。積分器采用積分 清零方式。 2N個哪個輸出最大，其對應的碼相位就是輸入序列的相位狀態(tài)（接近），從而實現(xiàn)了擴頻碼序列的同步捕獲。 圖 63 擴頻碼序列的同步捕獲原理 8 擴頻接收機接收信號 若載波已同步 (頻率和相位都同步 )，低通濾波器輸出為 假設：積分時間 TD小于信息碼元 Tb，則 d(t)可用一固定電平信號 (如 +1)代替。 0d 0d( ) ( ) ( ) c os ( 2 π ) ( )r t A d t c t f t N tTT ?? ? ? ? ?本地載波 )??π2c os (200 ??tfdd( ) ( ) ( ) ( )v t A d t T c t T N t?? ? ? ?積分器的輸出 d00( ) ( ) ( ) d ( ) ( ) d220 , 1 , 2 , , 2 1DDTT ccii T i Tv t A c t T c t t N t c t tiN?? ? ? ? ?????D , 2 1rcT T N??? ? ? ?9 如果相位延遲 Td 滿足 則 2N個相關器中，第 i個輸出最大 d( 1 )22cciT i TT ???Dd0D0D( ) ( ) ( ) d ( ) ( ) d22()( 1 )DTT cciiiT iTv t A c t T c t t N t c t tTAT N??? ? ? ? ??????d 122cT iT? ? ? ?式中： 為歸一化時間差。 其它相關器的輸出 DD( ) ( ) ( ) ( ) 0j k jv t A T R j i N T j i? ? ? ? ?是擴頻碼中長為 l個碼元的部分自相關，一般當 ()kR j i??r 時，有 1( ) ( )krR j i j iλ?? ? ?10 在 ?＞ r 的情況下，下列不等式成立 ? ?( ) ( ) 0 , 1 , 2 , 2 1 ,ijv t v t j N j i? ? ? ?但因此，若 vi(t)最大，可知道 最接近接收擴頻碼序列的相位，實現(xiàn)了擴頻碼序列的同步捕獲， 就是同步捕獲電路給出的本地參考碼的同步相位，即對 Td的粗略估計值。 )2/( ciTtc ?/2ciT擴頻碼同步捕獲時間 AC DTT?D , 2 1rccT T rT N??? ? ? ? ?其中 ， ? 特點 擴頻碼同步捕獲時間最短 。 但是 ， 接收機要使用 2N個相關器 ，當 N＞＞ 1（ 一般情況如此 ） 時 ， 擴頻碼序列同步捕獲電路的設備量就很大 。 例如 ， 當 N＝ 2047時 （ 處理增益為 ） ， 同步捕獲要用 4094個相關器 ， 過于龐大 。 11 擴頻碼同步捕獲方法 擴頻碼同步捕獲問題是擴頻通信中的一個核心問題。 理論上 ： 擴頻碼同步捕獲原理就是計算并比較擴頻碼在 2N 個相位狀態(tài)下的相關值。 工程上 ： 擴頻碼同步捕獲包含兩方面內容 : （ 1）簡單的同步捕獲設備； （ 2）短的同步捕獲時間。 同步捕獲步驟 ： （ 1）確定要搜索的擴頻碼相位區(qū)域； （ 2）調整本地參考擴頻碼相位； （ 3）求解擴頻碼的相關函數(shù)值； （ 4）對所求相關值進行判決 。 12 1）根據(jù)區(qū)域的搜索方法，可分為 序列相位順序搜索法，序列相位概率分布搜索法等； 2）根據(jù)改變本地參考擴頻碼相位的方法，可以分為 序列相位步進捕獲法，序列滑動相關捕獲法等； 3）根據(jù)同步捕獲的判決方法，可分為 單積分判決和多積分判決同步捕獲等； 4）根據(jù)使用的器件不同，可分為 相關器同步捕獲，匹配濾波器同步捕獲等，匹配濾波器同步捕獲又有聲表面波器件同步捕獲與電荷耦合器件同步捕獲。 同步捕獲的分類 不論如何分類，都是通過調整本地參考擴頻碼的相位，求解擴頻碼的相關函數(shù)值，盡可能準確地估計出接收擴頻碼的相位，利用一切可利用的條件，在簡化同步捕獲設備量的同時縮短同步捕獲時間。 13 搜索區(qū)域的確定 在沒有得到接收擴頻碼相位任何信息情況下，通常假設相位在 2N個單元中服從均勻分布。只能采用順序搜索的辦法。搜索可以從 2N個單元位置中的任意一個開始，直到獲得擴頻碼的同步捕獲為止。 無碼相位信息 如果已有擴頻碼相位的先驗信息 ， 則不宜采用順序搜索 。 例如： GPS接收機 ， 在上一次接收衛(wèi)星信息時 ， 通過衛(wèi)星的授時系統(tǒng)修正接收機的時鐘 ， 使得接收機的時鐘與衛(wèi)星時鐘基本保持一致；通過上一次擴頻碼同步的信息就可以推斷出本次接收信號中擴頻碼可能的相位 。 已知碼相位的先驗信息 14 圖 64 高斯分布時搜索區(qū)域的確定示意圖 例如：假設擴頻碼相位服從高斯分布，較合理的搜索方法是先搜索以最可能的相位位置為中心的一個標準偏差范圍內的單元。如沒有搜到，擴大到兩個標準偏差范圍，依此類推。 若已知擴頻碼相位所在位置的先驗概率 P(k) ，首先應當 搜索那些