CDMA擴頻通信中的同步實驗系統(tǒng)解析

1、大學畢業(yè)論文 1 CDMA擴頻通信中的同步實驗系統(tǒng) 第1章引言 1.1 CDMA 技術發(fā)展 1.1.1 CDMA技術發(fā)展現狀 近年來，蜂窩移動通信系統(tǒng)的發(fā)展經歷了一個從模擬網到數字網， 從頻分 多址（FDMA）到時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）的過程。從 1992 年開 始，在美國出現了一種全新的數字蜂窩移動通信系統(tǒng)一一 CDMA 系統(tǒng)。比較 而言，該系統(tǒng)有幾大突出優(yōu)點：一是系統(tǒng)抗干擾能力強；二是系統(tǒng)容量增大等。 上述這些特點使得 CDMA 蜂窩移動通信系統(tǒng)將在個人通信網（Personal Communication Network - 簡稱 PCN）中發(fā)揮巨大的作用。并且正如歐洲電

2、信 標準協(xié)會（ETSI）、日本無線工業(yè)事業(yè)聯(lián)合會（ARIB）、美國電信業(yè)聯(lián)合會（TIA） 提交的建議所顯示的那樣，CDMA 技術以其獨有的特點和優(yōu)勢己被確認將作 為第三代移動通信系統(tǒng)的核心技術，其前景非常廣闊。 1.1.2 CDMA系統(tǒng)主要特性 CDMA 系統(tǒng)的主要特性可概括如下 （1） 系統(tǒng)容量。CDMA 系統(tǒng)的設計容量遠遠高于現有的模擬/數字系統(tǒng)。 容量的增大源于采用了一種改進的編碼增益/調制方式、話音激活性、三分扇 區(qū)和同一頻率在每個小區(qū)以及所有扇區(qū)的復用。 （2） 業(yè)務質量。 CDMA 通過在衰落環(huán)境下提供強大的運行和軟切換功能， 從而改善了業(yè)務質量。CDMA 利用多經衰落來提高通信和

3、話音質量，通過試用 RAKE接收機和其他改進的信號處理技術，每個移動臺選擇幾個最強的多經信 號并把它們相干疊加產生一個增強信號。 因此， 射頻信號的多徑衰落在 CDMA 中反而成了優(yōu)點，大學畢業(yè)論文 2 而在窄帶系統(tǒng)中衰落則會引起信號質量的嚴重下降。通過使 用軟切換，CDMA 消除了用戶在小區(qū)邊界以及在兩個小區(qū)之間快速的越區(qū)切換 呼叫時發(fā)生的乒乓效應。乒乓效應會導致切換噪聲，增加交換設備的負載，提 高發(fā)生掉話的概率。CDMA 軟切換，即在與目標小區(qū)連接的同時保持與目前服 務小區(qū)的連接，兩者運行在同一載頻。這一過程保證了呼叫在小區(qū)間的平滑切 換，而用戶察覺不到這種變化。與之相對應的是，許多模擬和

4、其它數字（TDMA） 系統(tǒng)使用“先斷后接”方式，需要改變頻率，從而增加了切換噪聲，提高了掉 話率。 （3）經濟性。CDMA 是一種即經濟又高效的技術，需要的小區(qū)數較少， 頻率復用方案也不昂貴。CDMA 移動臺的平均發(fā)射功率在 67MW 比目前一般 FM 和TDMA 電話的平均發(fā)射功率低很多。發(fā)射功率低意味著延長了電池平均 壽命。 1.1.3 第三代移動通信系統(tǒng)及其關鍵技術 CDMA 業(yè)務提供者利用他們的平臺進一步開拓增強業(yè)務潛力的時候即將 到來。業(yè)界已經有許多關于第三代數據業(yè)務能力的討論，未來 PCs（ Personal Communication Service “個人通信業(yè)務”）提供者能以

5、高接入速率與有線業(yè)務 提供者競爭。PCs 業(yè)務提供者有望提供一系列不同種類的業(yè)務、 例如因特網和 企業(yè)網接入、多媒體應用、高速商務處理、遙測業(yè)務等。 CDMA 網絡為運營 者提供了一個向 3G 移動系統(tǒng)平滑過渡的途徑。 考慮到可利用頻譜的限制，第三代移動系統(tǒng)的重點是從用戶的角度實現無 縫業(yè)務的網絡和無線傳輸設計的經濟性。第三代移動系統(tǒng)使用戶能無縫接入到 固定數據網，把它設想成未來固定數據網的無線延伸， 是固定網絡基礎設施的 一個部分12。 在歐洲，目前正深入研究的三種網絡平臺是：未來公眾移動電話系統(tǒng) （FLPMTS，目前稱為 IMT-2000）、移動寬帶系統(tǒng)（MBS）和無線局域網 （WLAN

6、）。IMT-2000 相對于第二代系統(tǒng)的一個主要不同是它的分層小區(qū)結 構，大學畢業(yè)論文 3 通過使用先進的傳輸技術和協(xié)議來支持大范圍的多媒體寬帶業(yè)務。 第二代 系統(tǒng)主要使用單層小區(qū)結構，臨近小區(qū)的頻率復用方式為：單個小區(qū)只管理它 自己的無線區(qū)域和移動網內部的無線電路控制、包括業(yè)務管理和切換處理。由 于頻譜的限制，也由于無線傳輸的靈活性，主要針對話音和低速數據速率優(yōu)化 的限制，每個小區(qū)支持的業(yè)務量是固定的。業(yè)務量增加將導致蜂窩系統(tǒng)重新配 置，如小區(qū)分裂和分區(qū)。 IMT-2000 多層小區(qū)結構的目的是解決這些問題，在覆蓋范圍很大的宏小 區(qū)結構上不連續(xù)地疊加上微小區(qū)和微微小區(qū)。 同樣地，在部署宏小區(qū)

7、和支持長 途業(yè)務不經濟的地區(qū)，可以使用全球/衛(wèi)星小區(qū)提供覆蓋，由于微小區(qū)的低移 動性和小延遲擴展性能，與支持高移動性的低比特率和低業(yè)務量相比，可以以 較低的復雜性支持高比特率和高業(yè)務密度。用戶希望使用一種固定程序，以統(tǒng) 一的方式選擇業(yè)務，不管這些業(yè)務是固定的還是移動的。智能卡允許用戶在具 有不同功能（話音、多媒體、數據、短消息）的不同終端上登記，從而擺脫位置 和接入方式的限制。 考慮到移動通信不斷增長的市場需求和無線頻譜是非常稀有和昂貴的資 源，選擇一個多址接入方式的無線接口參數是事關頻譜效率的關鍵問題。 在先 進通信設備研究（RACE）項目框架下進行了幾種不同方式的比較評估。一種可 能的解決

8、方案是使用 CDMA/TDMA/FDMA 混合技術，綜合每種方法的優(yōu)點， 滿足不同蜂窩/ PCs 配置在信道容量，業(yè)務負載和傳輸質量上的不同要求。這 樣一個混合接入方法的缺點是復雜度高，而且很難實現簡單的低功率、低成本 發(fā)射機的設計和多層小區(qū)有效靈活的管理。 正如歐洲電信標準協(xié)會（ETSI）、日本無線工業(yè)事業(yè)聯(lián)合會（ARIB）。美國 電信業(yè)聯(lián)合會（TIA）提交的建議所顯示的那樣，3G 系統(tǒng)選擇了 CDMA 歐洲和 日本提議的寬帶 CDMA（W-CDMA）避開了 IS-95 的專利問題（IPR）。北美的 CDMA2000 采用了基于 IS-95B 標準的 CDMA 空中接口，提供有線電路質量 的

9、話音業(yè)務和高速數據業(yè)務，移動用戶速率為 144kbps，靜止用戶速率為 大學畢業(yè)論文 4 2Mbps, IS-95 的 64kbps 數據能力可提供在移動環(huán)境下的高速因特網接入。這 是其它窄帶數字技術做不到的11 o 使用寬帶 CDMA 技術在 10 年內可達到 114kbps 的移動速率和超過 1.5Mbps的固定峰值速率，而且提供這些業(yè)務不降低系統(tǒng)的話音傳輸質量，也 不需要另外的頻譜。這對大多數頻譜受限的運營者有很大影響，在一個 1.25MHz 結構中容量翻倍并獲得 1.5Mbps 數據速率看起來非常有吸引力。 第三代移動通信系統(tǒng)關鍵技術： （1）初始同步與 Rake 多徑分集接收技術 C

10、DMA 通信系統(tǒng)接收機的初始同步包括 PN 碼同步，符號同步、幀同步和 擾碼同步等。CDMA2000 系統(tǒng)采用與 IS-95 系統(tǒng)相類似的初始同步技術，即通 過對導頻信道的捕獲建立 PN 碼同步和符號同步，通過同步（Sync）信道的接收 建立幀同步和擾碼同步。WCDMA 系統(tǒng)的初始同步則需要通過“三步捕獲 法”進行，即通過對基本同步信道的捕獲建立 PN 碼同步和符號同步，通過對 輔助同步信道的不同擴頻碼的非相干接收， 確定擾碼組號等，最后通過對可能 的擾碼進行窮舉搜索，建立擾碼同步。移動通信是在復雜的電波環(huán)境下進行的， 如何克服電波傳播所造成的多徑衰落現象是移動通信的另一基本問題。在 CDMA

11、 移動通信系統(tǒng)中，由于信號帶寬較寬，因而在時間上可以分辨出比較 細微的多徑信號。對分辨出的多徑信號分別進行加權調整， 使合成之后的信號 得以增強，從而可在較大程度上降低多徑衰落信道所造成的負面影響。 這種技 術稱為 Rake 多徑分集接收技術。為實現相干形式的 Rake 接收，需發(fā)送未經 調制的導頻（Pilot）信號，以使接收端能在確知已發(fā)數據的條件下估計出多徑信 號的相位，并在此基礎上實現相干方式的最大信噪比合并。 WCDMA 系統(tǒng)采 用用戶專用的導頻信號，而 CDMA2000 下行鏈路采用公用導頻信號，用戶專 用的導頻信號僅作為備選方案用于使用智能天線的系統(tǒng)， 上行信道則采用用戶 專用的導

12、頻信道。Rake 多徑分集技術的另外一種極為重要的體現形式是宏分 集及大學畢業(yè)論文 5 越區(qū)軟切換技術。當移動臺處于越區(qū)切換狀態(tài)時，參與越區(qū)切換的基站向 該移動臺發(fā)送相同的信息，移動臺把來自不同基站的多徑信號進行分集合并， 從而改善移動臺處于越區(qū)切換時的接收信號質量，并保持越區(qū)切換時的數據不 丟失，這種技術稱為宏分集和越區(qū)軟切換。 WCDMA 系統(tǒng)和 CDMA2000 系統(tǒng) 均支持宏分集和越區(qū)軟切換功能。 （2） 高效信道編譯碼技術 第三代移動通信的另外一項核心技術是信道編譯碼技術。在第三代移動通 信系統(tǒng)主要提案中（包括 WCDMA 和 CDMA2000 等），除采用與 IS-95 CDMA

13、系統(tǒng)相類似的卷積編碼技術和交織技術之外， 還建議采用 Turb 編碼技術及 RS- 卷積級聯(lián)碼技術。 （3） 智能天線技術 從本質上來說，智能天線技術是雷達系統(tǒng)自適應天線陣在通信系統(tǒng)中的新 應用。由于其體積及計算復雜性的限制，目前僅適應于在基站系統(tǒng)中的應用。 智能天線包括兩個重要組成部分，一是對來自移動臺發(fā)射的多徑電波方向進行 到達角（DOA）估計，并進行空間濾波，抑制其它移動臺的干擾。二是對基站 發(fā)送信號進行波束形成，使基站發(fā)送信號能夠沿著移動臺電波的到達方向發(fā)送 回移動臺，從而降低發(fā)射功率，減少對其它移動臺的干擾。 （4） 多用戶檢測技術12 在傳統(tǒng)的 CDMA 接收機中，各個用戶的接收是

14、相互獨立進行的。在多徑 衰落環(huán)境下，由于各個用戶之間所用的擴頻碼通常難以保持正交， 因而造成多 個用戶之間的相互干擾，并限制系統(tǒng)容量的提高。而使用多用戶檢測技術能夠 在極大程度上改善系統(tǒng)容量。 （5） 功率控制技術 在 CDMA 系統(tǒng)中，由于用戶共用相同的頻帶，且各用戶的擴頻碼之間存 在著非理想的相關特性，用戶發(fā)射功率的大小將直接影響系統(tǒng)的總容量，從而 使得功率大學畢業(yè)論文 6 控制技術成為 CDMA 系統(tǒng)中的最為重要的核心技術之一。 1.2 CDMA 同步技術重要性9 上一節(jié)我們看到 CDMA 系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，例如它的頻率分配，軟越區(qū) 切換，抗多徑等等。而對于 CDMA 移動通信系統(tǒng)來說

15、PN 碼的同步占有舉足 輕重的地位。因為只有在接收機使本地 PN 序列的相位與接收信號 PN 序列的 相位準確一致的情況下，才能解出接收信號所傳輸的數據信息。但是擴頻信號 占用頻帶寬，同步較困難，原因有： （1） 同步不確定性的來源 擴頻通信系統(tǒng)相對于同步來說存在碼相位和載波頻率兩種不確定。 必須把 本地載波頻率控制到足夠準確時，才能使解調器能夠很好的工作。在發(fā)射機和 接收機中采用精確頻率源就可以去掉大部分碼速率、相位和載波頻率的不確定 性。此時，由于移動臺運動而產生的多普勒效應將影響載波頻率和碼速率。 這是移動通信中頻率不確定的主要來源，同時移動臺的相對位置變化將改變電 波傳輸路徑的長度，影

16、響到達時的碼相位。 （2） 同步的種類 一般的擴頻系統(tǒng)同步包括：載波同步、位同步、序列同步三種。其中比較 重要的是擴頻序列同步。擴頻系統(tǒng)要求接收機中產生與接收信號同步的 PN 碼 序列用于解擴接收。一般來說，PN 碼相位同步過程通常分為兩步，也就是捕 獲和跟蹤過程。同時，與其它通信系統(tǒng)相比，移動通信信道是最為復雜的一種。 多徑衰落和復雜惡劣的電波傳輸環(huán)境是移動通信信道的特征。這是由運動中進 行無線通信這一方式本身所決定的，在典型的城市環(huán)境中，一輛快速行駛的車 輛上移動臺所接收到的無線電信號在一秒鐘內的顯著衰落可達數十次， 衰落深 度可達 20-30dB。這種衰落現象嚴重降低接收信號的質量，同時

17、對 PN 碼相位 同步帶來嚴重影響。 大學畢業(yè)論文 7 1.3 小結 本章首先對當前 CDMA 技術的發(fā)展以及現狀作了綜述，然后簡單的分析 了同步技術的重要性以及同步時存在的原因。大學畢業(yè)論文 8 第2章CDMA擴頻通信系統(tǒng) 2.1 擴頻通信系統(tǒng) 在無線通信系統(tǒng)中，多址技術一直是其核心技術。 FDMA , TDMA 和 CDMA 三種多址方式都得到了廣泛應用。FDMA 是第一代模擬蜂窩系統(tǒng)的核 心技術，它現在己成為 TDMA 和 CDMA 系統(tǒng)的基礎技術。TDMA 是第二代 數字蜂窩系統(tǒng)的主流技術。采用了 CDMA 技術的系統(tǒng)容量，比 FDMA 系統(tǒng)有 較大幅度的提高，系統(tǒng)的功能和安全保密能力

18、也有了增強。 CDMA是基于擴頻通信 （Spread Spectrum Communication 的一種無線多址 接入技術，也稱擴展頻譜多址聯(lián)接方式（SSMA），它根據擴頻通信原理實現， 即對各地球站分別用不相同的、 互不相關的偽隨機碼（地址碼）將發(fā)送的信號 進行擴頻調制。這樣，即使各站發(fā)射的信號在頻率、時間、空間上相互重疊， 也不會出現相互干擾。最初主要用于軍事通信和衛(wèi)星通信。 80 年代末逐漸開 始了民用 CDMA 的應用開發(fā)。 2.1.1 擴頻通信的理論基礎及主要特點 一、擴頻通信的理論基礎 擴頻通信方式來源于香農信息論，如下公式（2.1）所示， （P、 C =Wlog 1 + | （

19、 2.1） 這個公式的原意是說：在給定信號功率 P 和白噪聲功率 N 的情況下，只要 采用某種編碼系統(tǒng)，就能以任意小的差錯概率，已接近于 C 的傳輸信息的速率 大學畢業(yè)論文 9 來傳送信息。式中 W 為頻帶寬度，C 稱為傳輸速率。這個公式暗示在保持信息 傳輸速率 C 不變的條件下，可以用不同頻帶寬度 W 和信噪功率比 P/N 傳輸信息。 換句話說，頻帶 W 和信噪比 P/N 是可以互換的。如果增加頻帶寬度，就可以在 較低的信噪比的情況下用相同的信息率以任意小的差錯概率傳輸信息。 甚至在 信號被噪聲湮沒的情況下，只要相應地增加信號帶寬，也能保持可靠地通信。 這一共是指明了采用擴展頻譜信號進行通信

20、的優(yōu)越性， 即用擴展頻譜的方法換 取信噪比的改善。這就是擴頻通信的理論基礎。 二、擴頻通信的主要特點 由于擴頻通信大大擴展了信號的頻譜，發(fā)送端用擴頻碼序列進行擴頻調 治，在接收端利用相關解調技術，它具有一系列優(yōu)良的性能，為其他通信方式 所不及。 1 抗干擾性強 擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬， 處理增益越高，抗干擾性能越強。從理論 上講，擴頻通信能把信號從噪聲湮沒中提取出來。 當然，在接收端一般采用相 關檢測或匹配濾波的方法提取信號。此外，對于單頻及多頻載波信號的干擾、 其他偽隨機調制信號的干擾以及脈沖正弦信號的干擾等，擴頻系統(tǒng)都有抑制干 擾提高輸出信噪比的作用。特別是對抗敵方人為干擾方面，效果很

21、突出。簡單 地說，如果信號頻帶展寬 10 倍，干擾方面需要在更寬的頻帶進行干擾，分散 了干擾功率。在總功率不變的條件下，其干擾強度只有原來的 1/10。要保持原 有的干擾強度，必須加大 10 倍總功率，這在實際的戰(zhàn)場條件下有時難以實現。 另外，由于在接收端采用擴頻碼序列進行相關檢測， 即使采用同類型信號進行 干擾，如果不能檢測出有用信號的碼序列，由于不同碼序列之間不同的相關性， 干擾也起不了太大的作用。抗干擾性能強是擴頻通信最突出的優(yōu)點。 2 隱蔽性好 由于擴頻信號在很寬的頻帶上被擴展， 單位頻帶內的功率很小，即信號的 功大學畢業(yè)論文 10 率譜密度很低。所以應用擴頻碼序列擴展頻譜的序列擴頻系

22、統(tǒng)，可在信道噪 聲和熱噪聲的背景下在很低的信號功率譜密度上通信。信號既然被湮沒在噪聲 里，敵方就很不容易發(fā)現有信號存在，想進一步檢測信號的參數就更困難了。 因此，擴頻信號具有很低的被截獲概率， 這在軍事通信上十分有用，可以進行 隱蔽通信。再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度， 對目前使用的各種窄 帶通信系統(tǒng)的干擾很小。近年來在民用通信上，各國都在研究和在原有窄帶通 信的頻帶內同時進行擴頻通信，大大提高了頻帶利用率。特別是對于一些新的 通信服務，如個人通信服務，采用擴頻碼分多址方式時，理論和實踐證明，不 需要分配另外的頻段即可實現，因而引起廣泛重視。 3 可實現碼分多址 擴頻通信提高了抗干擾性

23、能，但付出了占用頻帶寬的代價。如果讓許多用 戶共用這一寬頻帶，可大為提高頻帶利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序 列的擴頻調制，充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關特性和 互相關特性在接收端利用相關檢測技術進行解擴， 則在分配給不同用戶不同碼 型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號， 提取有用信號。這樣，在一個寬頻帶上， 許多對用戶可以同時通話而互不干擾，這與利用頻帶分割或時間分割的方法實 現多址通信的概念類似，即利用不同的碼型進行分割，所以稱為碼分多址。碼 分多址方式雖然要占用較寬的頻帶，但平均到每個用戶占用的頻帶來計算， 其 頻帶利用率是很高的。最近的研究表明，在數字蜂窩移動通信中，

24、采用擴頻碼 分多址技術可以提高容量 20倍。除此之外，采用碼分多址，還有利于組網、 選呼、增加保密性和解決新用戶隨時入網等問題。 4 抗多徑干擾 在無線電通信的各個頻段，即短波、超短波、微波和光通信的光波中大量 存大學畢業(yè)論文 11 在各種類型的多徑干擾。長期以來，抗多徑干擾問題始終是一個難以解決的 問題之一。一般的方法是排除干擾或變害為利。前者是設法把最強的有用信號 分離出來，排除其他路徑來的干擾信號，這就是采用分集技術的基本思路。后 者是設法把不同路徑來的不同延時的信號在接收端從時間上對齊相加， 合并成 較強的有用信號，這就是采用梳狀濾波器的基本思路。這兩種基本方法在擴頻 通信中都容易實現

25、?？梢岳脭U頻碼序列之間的相關特性，在接收端用相關技 術從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號， 或者把多個路徑來的同一碼序 列的波形相加合成。另外，在跳頻通信系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同 一信息，實際上起到了頻率分集的作用。因此，在目前民用數組蜂窩移動通信 及有的軍用通信設備中經常采用簡單的跳頻技術作為抗多徑干擾的一種手段。 5.能精確地定時和測距 電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速，人們自然會想到如果能夠精 確測量電磁波在兩個物體之間傳播的時間，也就等于測量出兩個物體之間的距 離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬， 意味著所米用的擴頻碼速率很咼，每個 碼片占用的時間很短。當發(fā)射出去的

26、擴頻信號在被測物體反射回來后在接收端 解調出擴頻序列，比較收發(fā)兩個碼序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號 往返的時間差，算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是 擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。人們曾經利用月球 表面的反射信號，采用擴頻信號精確地測量地球與月球之間的距離。 目前廣泛 應用的全球定位系統(tǒng)也是利用擴頻信號的這一特點來精確定位和定時的。因 此，除通信外，在導航、雷達、定位系統(tǒng)中，擴頻技術的應用也是很重要的。 2.1.2 擴頻通信的幾種工作方式 擴頻通信的一般原理如圖 2.1 所示。大學畢業(yè)論文 12 圖 2.1 擴頻通信的一般原理框圖 在發(fā)送端輸入

27、的信息先經信息調制形成數字信號， 然后由擴頻碼發(fā)生器產 生的擴頻碼序列調制數字信號以展寬信號的頻譜。展寬以后的信號調制到射頻 發(fā)送出去。在接收端接受到的寬帶射頻信號變頻至中頻，然后由本地產生的與 發(fā)送端相同的擴頻碼序列解擴，最后經信息解調恢復成原始信息輸出。 由此可 見，一般的擴頻通信系統(tǒng)都要經過 3 次調制和相應的解調。一次調制為信息調 制，二次調制為擴頻調制，三次調制為射頻調制，以及相應的信息解調、解擴 和射頻解調。與一般通信系統(tǒng)相比，擴頻通信多了擴頻調制和解擴部分。大學畢業(yè)論文 13 圖 2.2 擴頻系統(tǒng)頻譜變換關系 圖 2.2 是在擴頻系統(tǒng)的各個階段信號的功率譜。在擴頻通信系統(tǒng)中，用速

28、 率為fc的擴頻信號對速率為 fd信息數據進行頻譜擴展(fcfd)，使信號的能 量幾乎均勻地分散在很寬的頻帶 2fc內，大大降低了傳輸信號的功率譜，在接 收端，進行解擴處理，解擴就是用與發(fā)射端相同的擴頻信號與接收信號積分相 關，使有用信號能量重新集中起來恢復原始的窄帶信號。 如果接收信號中除了 有用信號外還有一功率很強的窄帶干擾，則在解擴過程中此窄帶干擾信號被擴 頻信號擴頻，其頻譜被擴展開來，干擾信號功率譜密度大大降低，經過窄帶濾 波后，干擾信號的功率大大減弱10 o 擴展頻譜通信系統(tǒng)按其工作方式可以采用直接序列 (Direct Sequenee)跳頻 (Freque ncy Hopp in

29、g)、跳時(Time Hopp ing)及它們的組合(Hybrid)等方式擴展信 號頻譜，在移動通信系統(tǒng)中，一般選用直接序列擴頻通信( DS-SS) 7o 1 直接序列擴展頻譜系統(tǒng)(DS-SS) AM 霹評息“珀 /發(fā)送信號 出鵬擴痣信令豹字譜 功舉諧密度 - - “ 乩援收整號功嗥譜 二為話 N 波瞎館號仙率鍛 4功率譜密糜 AA 勒睪譜毎度 瓦擴按居肩溝功傘海 功率譜密産 千擾懐號 發(fā)送儲號 大學畢業(yè)論文 14 圖 2.1 中的擴頻通信可以看作直接序列擴頻系統(tǒng)，它是由待傳信息信號與 高速率擴頻碼（偽隨機碼，如 m 序列發(fā)生器）的波形相乘后直接控制射頻信號 的某個參量而擴展了傳播帶寬得名的。

30、有的文獻稱這種擴頻系統(tǒng)為“平均”系 統(tǒng)。 DS-CDMA 主要有下列特點： （1） 通信容量大 理論上講， 信道容量完全由信道特性決定， 但實際的系統(tǒng)很難達到理想的 情況，因而不同的多址方式可能有不同的通信容量系統(tǒng)。 CDMA 是干擾限制性 系統(tǒng)，任何干擾的減少都直接轉化為系統(tǒng)容量的提高， 因此一些能降低干擾功 率的技術，如話音激活（Voice Activity）技術，可以自然地用于提高系統(tǒng)容量。 理論分析表明，在同樣的條件下，采用 DS-CDMA 方式的系統(tǒng)容量是采用數字 TDMA方式系統(tǒng)容量的 4-6 倍，是采用模擬 FM/FDMA 方式的系統(tǒng)容量的 20 倍。 （2） 更適合在衰落信道中

31、傳輸 移動信道在一般情況下是一個多徑衰落信道，在 DS-CDMA 系統(tǒng)的接收信 號中，大于一個碼片（chip）寬度的時延擴展部分，可受到接收機的自然抑制， 另一方面， 如采用分集接收最大比合并技術， 可獲得最佳的抗多徑衰落效果。 而在 TDMA系統(tǒng)中，為克服多徑造成的碼間干擾，需要采用自適應均衡技術， 均衡器的使用增加了接收機的復雜度， 而且均衡是對信道的預處理，由信息不 增性原理可知，任何對信息的處理都會使信息量減小。 （3） 平滑的軟切換和有效的宏分集 DS-CDMA 系統(tǒng)中所有小區(qū)使用相同的頻率，這不僅簡化了頻率規(guī)劃，也 使越區(qū)切換得以平滑完成。每當移動臺處于小區(qū)邊緣時，同時有兩個或兩個

32、以 上的基站向該移動臺發(fā)送相同的信號，移動臺的分集接收機能同時接收并合并 這些信號，此時處于宏分集狀態(tài)。當某一基站的信號強于當前基站信號且穩(wěn)定 后，移動臺才切換到該基站的控制上去， 這種切換可以在通信的過程中平滑完 成，稱為軟切換。 (4) 容量的軟特性 大學畢業(yè)論文 15 TDMA 系統(tǒng)中同時可接入的用戶數是固定的，無法再多接入任何一個用 戶，而DS-CDMA 系統(tǒng)中，多增加一個用戶只會使通信質量略有下降，不會出 現硬阻塞現象。 (5) 低信號功率譜密度 在 DS-CDMA 系統(tǒng)中， 信號功率被擴展到比自身頻帶寬度寬百倍以上的頻 帶范圍內，因而其功率譜密度大為降低。由此可得到兩方面的好處，其

33、一，具 有較強的抗窄帶干擾能力。其二，對窄帶系統(tǒng)的干擾很小，有可能與其它系統(tǒng) 共用頻段，使有限的頻譜資源得到更充分的使用。 2 跳頻擴頻系統(tǒng)(FH-SS) 數字信息與二進制偽碼序列模 2 相加后離散地控制射頻載波振蕩器的輸 出頻率，使發(fā)射信號的頻率隨偽碼的變化而跳變， 跳變系統(tǒng)可以隨機選取的頻 率數通常是幾千到220個離散頻率。每次移頻根據信息和偽碼序列的狀態(tài)加權 所得到的隨機數來選取頻率，所以 FH-SS 實際上是一個“多頻、選碼和移頻 鍵控”系統(tǒng)。在跳頻系統(tǒng)中，控制頻率跳變的指令碼的速率沒有直接序列擴頻 中的偽碼速率高，一般為每秒幾十跳到幾萬跳。在 FH-SS 中，擴展頻帶的寬 度是由跳變

34、的頻率總數 N 和頻率跳變的最小間隔 b 決定的，即為 N*b。 跳頻系統(tǒng)的特點： (1) FH-SS 的核心一一跳頻器，由偽碼發(fā)生器和頻率合成器組成。跳頻 數和跳頻速率是決定整個跳頻系統(tǒng)性能的主要參數。跳頻數增加則擴展的頻譜 越寬，系統(tǒng)的處理增益越大。 (2) FH-SS 的關鍵一一同步。對 FH-SS 來說，同步就是收、發(fā)兩端的頻 率必須具有相同的變化規(guī)律，即每次跳變頻率上有確切嚴格的對應關系。 (3) 信息調制方式靈活。 信號調制方式的靈活性表現在無論是模擬信息， 還是數字信號，均可調制。在 DS-SS 中，必須先把模擬信號數字化后才能調 制。 大學畢業(yè)論文 16 FH-SS 的優(yōu)點及關

35、鍵性問題： 現代戰(zhàn)術軍事通信和交通運輸等部門急需一種機動靈活， 具有保密和抗干 擾能力，多址聯(lián)絡的區(qū)域性無線電通信系統(tǒng)。 跳頻系統(tǒng)的優(yōu)點正是戰(zhàn)術通信迫 切渴望的。 FH-SS 的優(yōu)點如下： 1） 以“躲避”方式提高抗干擾性； 2） 在非常強的鄰近電臺煩擾下具有通信能力，構成解決遠近問題； 3） 具有多址和較高的頻率利用率； 4） 易于和其他調制類型的擴展頻譜系統(tǒng)組合，構成各種混合式； 5） 易于與現有的常規(guī)通信體制兼容 （因為它具有一次信息調制靈活的特 點） ； 6） 起到頻率分集的作用（優(yōu)于散射體制）。 在工程實現上，研制體積小、重量輕的高速跳頻頻率合成器和聲表面波匹 配濾波器等部件是跳頻通

36、信中關鍵的技術問題。 3 跳時擴頻系統(tǒng)（TH-SS） 跳時是用偽碼序列啟閉信號的發(fā)射時刻和時間。發(fā)射信號的“有”、 “無”同偽碼序列一樣是偽隨機的，跳時一般和跳頻結合起來使用，兩者一起 構成“時頻跳變”系統(tǒng)。 跳時系統(tǒng)也是一種擴展頻譜技術，主要用于時分多址（ TDMA ）通信。 4 混合式 以上三種基本擴頻方式中的兩種或多種結合起來， 便構成了一些混合擴頻 體制，如 FH/DS、DS/TH、FH/TH 等，它們比單一的擴頻、跳頻、跳時體制 有更優(yōu)良的性能。 大學畢業(yè)論文 17 2.2 擴頻通信系統(tǒng)中的同步問題9 同步技術歷來是數字通信系統(tǒng)中的關鍵技術，且直接影響接收機對信號的 接收。通信系統(tǒng)中

37、的同步問題主要包括載波同步、 定時同步和幀同步。通常情 況下，在通信開始的初期，接收機首先需依次或同時完成載波同步和定時同步， 以保證對發(fā)送的數字信號的正確判決接收，然后再利用通信協(xié)議中的有關規(guī) 定，在接收信號中提取幀同步信息，實現收發(fā)信機間信息的正確傳送。 對于擴頻通信系統(tǒng)，其幀同步方法與其它窄帶通信系統(tǒng)完全相同，直接序 列擴頻通信系統(tǒng)中的同步技術需解決以下三個問題： 1. 直接序列擴頻通信系統(tǒng)中首先在發(fā)送端用偽隨機 (PN)序列對發(fā)送信號 進行頻譜擴展，在接收端用與發(fā)送端相同且同步的偽隨機序列對接收信號進行 解擴。由于偽隨機序列具有尖銳的自相關特性，因而對接收信號的解擴得以正 常進行的先決

38、條件是保證收發(fā)信機間偽隨機序列的定時誤差小于一個碼片的 時間。 2. 與其它帶通信系統(tǒng)中的情況相同，接收信號被解擴之后，需要對解擴 后的信號進行周期性抽樣，每個符號一個樣點，以便對傳送符號進行判決恢復， 因而需保證收發(fā)信機間定時的嚴格同步。 3. 由于 DS/SS 通信的信號帶寬較寬，因而在實際應用中通常期望其可以 容忍收發(fā)信機間存在較大的頻率誤差， 以降低對移動臺中頻率參考源的要求。 另外，由于收發(fā)信機間的相對運動，會在接收信號中造成多普勒頻移 (Doppler freque ncy shift)。對直接序列擴頻信號的解擴過程等效于對接收信號在符號時 間內進行積分，因此當接收信號與本地載波間

39、頻率誤差與符號速率可比擬時， 解擴輸出信號的信噪比將嚴重下降。因而在對擴頻信號進行解擴之前，需對該 頻率誤差進行估計和補償。對于相干接收系統(tǒng)，還需對接收信號中的載波相位 進行精確估計。 前面兩個問題是定時同步問題，而第三個問題則與載波同步有關，與上面 三個大學畢業(yè)論文 18 問題相對應，直接序列擴頻通信系統(tǒng)中的同步技術被分成三個方面： 1. 偽隨機序列的捕獲 指接收機獲取偽隨機序列的粗略同步，使收發(fā)信機間偽隨機序列的定時誤 差小于 兀，其中Tc為一個碼元的時間，同1，通常取6 =1/2。 2. 偽隨機序列的定時跟蹤 偽隨機信號的捕獲過程完成之后，接收機本地偽隨機序列的定時誤差被同 步在幾分之一

40、碼片時間內。在通信開始之后，這一定時誤差應該進一步被調整 并使之趨于零。另外，由于收發(fā)信機間的相對運動以及時鐘的不穩(wěn)定， 對偽隨 機序列定時的校正工作必須不斷進行。 3. 載波同步從解擴后的信號中獲取載波頻率誤差和載波相位的精確估 計，并在擴頻信號解擴前或解擴后進行補償。 上述問題是擴頻通信系統(tǒng)中的關鍵技術，對系統(tǒng)性能有很大的影響。 作為保證擴頻通信得以實現的關鍵技術，偽隨機序列的捕獲很早就得到了 廣泛研究。從理論上講，匹配濾波方法是獲得偽隨機序列初始同步的最佳方案。 匹配濾波法可以直接在模擬信號上進行，如采用聲表面波器件(SAW)實現對指 定 PN 序列的匹配。80 年代以前，受材料和工藝的

41、影響，SAW 器件難以小型 化，因而只在軍用系統(tǒng)中得以應用。90 年代初，日本在 SAW 器件方面進行了 深入的研究，得到了小型、低插損的 SAW 器件，但至今仍未解決可變抽頭系 數的問題，因而采用 SAW器件的匹配濾波法仍只能用于指定 PN 序列的專用 系統(tǒng)。匹配濾波法的另一種實現方式是直接對接收信號以碼片速率采樣， 然后 采用數字方式進行匹配，這解決了應用中可能使用不同 PN 序列的問題。但由 于在檢測前就己對接收信號進行了采樣，所以匹配濾波器的輸出信號也是相關 信號的采樣結果，因而需要依一定的方法從匹配濾波器的輸出信號中， 對相關 大學畢業(yè)論文 19 峰的峰值時刻進行估計檢測，這導致了并

42、行捕獲方案的提出。 1994 年 Chawla 和 Sarwate 給出了對于信道波形為時間有限信號的情況下， 基于信號插值的并 行捕獲方案。當偽隨機序列的周期較長時，匹配濾波器的實現將變得十分復雜， 因而并行捕獲方案目前僅能應用于采用短周期 PN 序列的擴頻系統(tǒng)。但近年來， 隨著ASIC 工藝技術的迅速發(fā)展，并行捕獲技術越來越受到廣泛的重視和研究。 PN 序列的捕獲也可以采用基于滑動相關的串行捕獲方案，由于該方案所 需設備簡單，易于實現，因而在絕大多數系統(tǒng)中得到應用。 本文對串行捕獲方 案也作了論述，與并行捕獲方案相比，串行捕獲的捕獲時間較長。 偽隨機序列的定時跟蹤通常采用基于遲早門定時誤差

43、檢測器的延遲鎖定 環(huán)（delay- locked loop 或簡稱 DLL）。遲早門定時誤差檢測器在窄帶通信系統(tǒng)中 就早己得到廣泛研究和應用，其本質是基于信道波形自相關函數的偶對稱特 性。在擴頻系統(tǒng)中，對于遲早門檢測器，研究的焦點均集中于對 DLL 的環(huán)路 特性的分析上。 近年來， CDMA 技術正成為數字移動通信以及未來個人通信研究中的一 個重要內容。在采用 CDMA 技術的商用移動通信系統(tǒng)的不斷推動下，擴頻通 信中同步技術的研究將更加引人注目。 2.3 小結 本章詳細介紹了擴頻通信系統(tǒng)，包括其理論基礎、特點和工作方式等。之 后說明了同步技術在擴頻通信中的重要地位， 并概括介紹了目前同步技術

44、所面 臨的問題，和與此相對應的幾個技術。第三章將詳細說明這些問題，并介紹這 些技術，第四章將會在 MAX+plus U平臺中實現擴頻通信中的同步實驗系統(tǒng)。 大學畢業(yè)論文 20 第3章 擴頻信號的同步技術 3.1 同步系統(tǒng)9 3.1.1 同步系統(tǒng)概述 擴頻系統(tǒng)中的接收機要從接收信號中恢復所傳輸的數據信號， 首先要做的 是解除發(fā)送是對數據的擴頻調制 (即解擴)。解擴的實現依靠在本地產生一個 與發(fā)送端一樣的擴頻序列，并要求本地擴頻序列與接收信號的擴頻序列同步。 由于收發(fā)時鐘的不確定性，擴頻序列的啟動時差、電波傳輸時延等原因，在接 收端我們不能確定接收信號中擴頻序列的起始相位。擴頻序列同步的第一步便

45、是為本地擴頻序列尋找一個相位，使本地擴頻序列與發(fā)送擴頻序列相位相對 齊，這一步稱為捕捉/粗同步(Acquisition )。同步過程的第二步是跟蹤/細同 步(Tracki ng)，它使兩個序列的相位誤差更小，并且在各種外來因素的干擾 下能自動保持這種高精度的相位對齊狀態(tài)。 沒有擴頻序列的同步，接收機的解調無從談起。因此，擴頻序列的捕捉和 跟蹤是擴頻接收機的一個關鍵組成部分。 3.1.2 同步系統(tǒng)的原理框圖大學畢業(yè)論文 21 圖 3.1 同步系統(tǒng)的原理框圖 上圖中的模式控制器用于在捕獲、 跟蹤狀態(tài)之間的轉換。在同步的第一步 是捕獲，當本地 PN 碼基本與信號對齊時（半個碼片之內），模式控制器切換

46、 到跟蹤模式。跟蹤模式進一步調整相位到更小的同步誤差狀態(tài)并保持。 與此同 時，接收機的后繼部分如 Walsh 解擴等也開始工作，從而完成接收機的任務。 3.2 擴頻序列（PN 碼序列）的同步技術 CDMA 系統(tǒng)通常用 PN 碼來區(qū)分用戶。在接收端，系統(tǒng)根據相應的 PN 碼, 將不同用戶數據分別檢測出來。在檢測過程中， PN 碼的同步就成為左右檢測 性能的關鍵技術。根據不同 PN 碼之間良好的互相關性和碼本身的自相關性， 可以建立起收發(fā)端同步，從而為進一步檢測擴頻信號提供可能。 3.2.1 現有 PN 碼相位捕獲技術 一、PN 碼特點及相關原理 PN 序列，又稱為偽隨機序列，由于其良好的互相關性

47、和自相關性能，所 解調部分 同步部分 解擴部分 大學畢業(yè)論文 22 以在 CDMA 系統(tǒng)中作為地址碼。不同的用戶僅根據被調制的 PN 碼的不同加 以區(qū)分。相互間共享同一寬頻資源。偽隨機序列一般有以下要求 ： (1) 具有良好的偽隨機性，該特性使接收端能夠根據已知的 PN 序列來 解調擴頻信號。而無關的接收者則難以將信息檢測出來。 (2) 具有良好的自相關性，互相關和部分相關性能，即自相關值鋒銳， 互相關和部分相關值接近于零，便于接收端準確的把信號檢測出來，并減少檢 測差錯。 (3) 隨機序列數目足夠多，保證有足夠的地址碼可以分配給不同用戶 (4) 易于實現，設備簡單，成本低。 以 m 序列為例

48、，其自相關函數為 (3.1) 一右其中 Tp 自相關函數曲線如下 、PN 碼相位捕獲原理 根據 PN 碼的自相關性，使得接收端能夠從本地序列和接收序列的相關運 算中獲得不同的相關值。接收機開始接收發(fā)送來的擴頻信號時，調整和選擇接 收機的本地擴頻序列相位。當本地序列和接收擴頻信號序列的相位誤差在很小 范圍之類時，得到的相關值較尖銳。同時通過設定特定的相關值門限， 可以初 步判斷接收端是否大學畢業(yè)論文 23 達到了相位同步。這就是 PN 碼捕獲的基本原理。在實際系 統(tǒng)中，都是通過類似的方法實現 PN 碼的同步。同時對于 PN 碼的捕獲，有三 個基本要求： 1 捕獲速度快。在低信噪比和低信干比及受深

49、衰落影響時，也能夠迅速 的實現捕獲。 2 抗干擾能力強。在受強干擾，噪聲和深衰落情況下，錯捕概率小，失 步概率小。 3 電路簡單，易于實現。 為了滿足這三個要求，人們對捕獲方法進行了大量的研究。 從不同的原理 出發(fā)，得到的方法也不盡相同， 目前的捕獲方法可以分為順序搜索法或滑動 相關法、并行搜索法、串并行混合法、匹配濾波器法等。 衡量一個捕獲系統(tǒng)性能的參數主要有三個： 捕獲時間、錯捕概率和系統(tǒng)硬 件復雜度。在下面我們將對上述幾種方法作簡單的介紹。然后結合這幾個參數， 對它們的特點做出分析。 （一）順序搜索法（滑動相關法） 順序搜索法的原理是：不斷改變本地序列的相位，并在該相位點上進行相 關檢測

50、，根據檢測的結果判斷當前相位是否達到同步。 開始時隨機或固定設定 本地序列的初始相位。進行相關運算和判決。如果不同步，則順序改變相位， 再進行一次運算。依次改變本地序列相位，直到檢測到同步相位為止，順序搜 索原理的實現電路如下：大學畢業(yè)論文 24 圖 3.3 順序搜索法原理框圖 順序搜索法是當前研究的比較透徹的一種方法， 它的優(yōu)點是電路簡單，易 于實現。但其缺點也很突出。當 PN 碼序列長度很長時，如果搜索的初始相位 和同步相位差得很遠，要逐位移動，實現捕獲的時間會很長。根據文獻結果， 如果簡單按照原理圖實現電路，貝愎大捕獲時間為順序搜索完以后相位的時 間。 為達到節(jié)省硬件資源這一目的，我們可

51、以考慮只使用一個相關積分器，即 單積分滑動相關處理。通過在兩個碼組間相對滑動中求相關，尋找相符合的相 位，一旦發(fā)現兩個碼組相位符合（即同步）時，就立即使滑動停止。兩碼組間 的相對滑動是通過使接收機時鐘周期性地移動一個相位增量而實現的。 對于偽 隨機碼組，由于它具有良好的相關性能，當相對滑動的結果使兩碼組的相位符 合時，相關器的輸出有尖峰值出現。此時，就可以判斷初始同步完成?；瑒酉?關積分同步的原理框圖如圖 3.4 所示。接收信號在相關器中與本地偽碼相乘， 在不同時間段 TD上積分計算出相關值，在未同步時，相關器輸出為寬帶偽噪 聲，積分值低于門限，這時，本地碼的相位滑動一個增量。當兩個碼組相對滑

52、 動達到同步時，相關積分器大學畢業(yè)論文 25 的輸出電壓高于門限，比較器控制相位滑動控制停 止產生相位滑動，于是搜索過程停止，初始同步完成并轉入跟蹤。這正是滑動 相關積分捕捉的原理。 圖 3.4 滑動相關法原理框圖 若搜索相位改變量為一個碼片， 可知最大捕捉時間是搜索到偽碼序列一個 周期 N的最后一個碼片（相位）時，積分值才超過了門限值，即達到了捕獲，則 有T；：max二 N TD ；要是足夠“幸運”，本地序列一開始就與接收到的序列相 位一致，那么只需要一次積分就可以捕獲成功，就有最小的捕獲時間為 T-min =TD，這樣滑動相關法的平均捕獲時間為接收序列的相位等概分布 時）亍一 =T訶二=

53、。與前述傳統(tǒng)的捕獲方案的平均捕獲時間 2 2 2 TD（與捕獲的精度無關，只需積分一次就可以實現捕獲）相比，平均捕捉時間有 顯著的增大。可見，滑動相關積分捕獲法的時間有兩個因素決定， 偽碼周期和 一個碼片持續(xù)時間。 由于在 CDMA 通信系統(tǒng)中大量采用長 PN 碼， 即 N 很大， 比 如 WCDMA時，N=8192; CDMA2000 時，N = 215。而且由于積分時間 TD往往 遠大于一個碼片時間 TC，所以這樣的單純滑動相關積分雖然比較簡單，但是 其缺點是當兩個 PN 碼的時間或相位相差過大時， 特別時對于長碼的 CDMA 系 統(tǒng)的捕獲時間過長也不適用。大學畢業(yè)論文 26 因而必須采取

54、措施限定捕獲范圍即加快捕獲時 間。 為了縮短捕獲時間，可把單積分滑動相關處理改為雙積分滑動相關處理。 具體又可分為串行雙積分滑動相關系統(tǒng)和并行雙積分滑動相關系統(tǒng)。 串行雙積 分系統(tǒng)原理如圖 3.5 所示 圖 3.5 串行雙積分滑動相關捕捉系統(tǒng) 此系統(tǒng)把原單一積分器改為積分時間分別為 TDI和 TD2的兩個積分器。第 一個積分器提供一個捕捉到的擴頻序列相位的估值。第二個積分器在此基礎上 提供一個本地擴頻序列是否進入同步的更準確的估值。 其處理流程是：先由第 一積分器工作，根據設定的門限進行初步判斷是否進入了同步。 如果超過門限， 則第二積分器開始工作，不改變本地擴頻序列相位進行積分。它將提供更高

55、的 檢測概率和更低的虛警概率。如果第二積分器輸出大于設定門限，則完成捕獲， 啟動同步電路。如果小于門限，則輸出信號改變相位，重復上述相位搜索過程。 實際上，這種方案把同步分為兩步，即初檢過程和證實過程。 和串行系統(tǒng)不同，并行系統(tǒng)的第一積分器（積分時間為 TDI）和第二積分器 （積分時間為 TD2）同時工作。同時輸出積分門限比較信號。當兩個積分輸出均 大于大學畢業(yè)論文 27 各自設定的門限時，則完成 PN 碼的相位捕獲過程。然后啟動同步跟蹤電 路工作。只要其中一個積分輸出低于設定門限值，貝 U 改變本地擴頻序列相位。 再進行積分比較，直到實現 PN 碼的相位捕獲。其結構如下圖所示 圖 3.6 并

56、行雙積分滑動相關捕捉系統(tǒng) （二）并行搜索法 擴頻通信使用的偽隨機碼具有很強的自相關性， 而互相關性相對很弱，所 以為了捕獲偽碼的相位，可以利用其自相關函數的特性。為了解決順序搜索法 捕獲時間過長的問題，還可以采用多路并行處理的搜索方法。 這種方法的原理 是：接收信號進入捕獲電路時，分成并行的許多路。每一路對應一個可能的 PN 碼相位，信號在每一路上同時進行相關運算，然后比較得到的結果，最大 值即為捕獲相位。原理框圖如圖 3.7 所示。 TD 大學畢業(yè)論文 28 圖 3.7 并行搜索法原理框圖 和串行搜索法相比，并行搜索法大大增加了系統(tǒng)的硬件復雜度。但同時， 其相應的捕獲時間也大大縮短了。 在理

57、想情況下，可以認為只要一次積分時間 TD 就可以獲得最大相關值，也即得到了捕獲相位。這種方法比較適合擴頻序 列長度比較短，系統(tǒng)對捕獲時間要求比較高的時候采用 （三） 串并行混合搜索法 綜合考慮串行系統(tǒng)和并行系統(tǒng)的優(yōu)缺點， 人們又提出了混合系統(tǒng)。這種系 統(tǒng)將可能的相位分為并行的幾組， 在每一組采用串行的搜索策略。實際上，也 就是在系統(tǒng)的硬件復雜度和捕獲時間之間進行均衡，調整串行和并行的組合參 數，來獲得最佳的系統(tǒng)方案。 （四） 匹配濾波器搜索法（序列延遲捕捉法） 采用基于序列延遲相關捕捉的“匹配濾波器法”，可以極大的縮短捕獲時 間。因為它搜索每個相位的速度很快。 在捕獲過程中，接收信號與本地信號

58、進 行相關處理，任何時刻的相關結果都與一個門限比較。 如果超出了門限，表明 此時刻本地序列的相位與接收序列的相位同步。 需要注意的是，本地序列是靜 止的。相關過程相當于接收信號滑過本地序列，每一時刻都產生一個相關結果， 當滑到兩個序列的相位對齊時，必有一個相關峰值輸出 （擴頻序列在零相移的 自相關函數值）。檢測到這個相關峰值，并同時去啟動另一個預先設置好的擴 頻序列發(fā)生器，則此擴頻序列必定與接收序列同步。在僅僅 T = NTc時間內， 序列所有可能的相位都被搜索一遍，顯然有很高的相位搜索速度。圖 3.8 和圖 大學畢業(yè)論文 29 3.9 分別是捕獲原理框圖和匹配濾波器內部實現情況。 圖 3.8

59、 匹配濾波器搜索法 圖 3.9 匹配濾波器內部寄存器 其原理是，對接收到的擴頻信號做放大，載波解調后，進行數據處理。然 后恢復成寬為 T 的矩形波信號。暫不考慮噪聲和干擾的影響，可以認為此矩 形波就是發(fā)送來的擴頻序列信號。該信號送入 M 級移位寄存器延遲寄存，本 地擴頻序列按某一相位送入另一 M 級寄存器中，這兩個寄存器對應位狀態(tài)相 關求和。當發(fā)送來的擴頻序列輸入進 M 級移位寄存器的與本地擴頻序列相位 狀態(tài)不符時，相關求和值低。此時讓發(fā)送來的擴頻序列輸入下一相位狀態(tài)。再 做一次估值，即在 M 級移位寄存器做延遲移位，再和本地擴頻序列相關求和。 這樣逐次進行計算，當求和值大于預先設定的門限時，

60、就可認為擴頻序列實現 了相位捕獲，進入跟蹤電路。 實際上，序列相關法是實現相關運算的一種具體方法， 它同樣可以采用并 行和串行的結構來實現。如果采用串行方法，則系統(tǒng)只需要兩個寄存器，逐次 改變本地寄存器中序列的相位（或者改變輸入序列的相位），進行對應位相關運 算。如果采用并行的方法，則有多少個相位狀態(tài)，系統(tǒng)就需要多少個支路。每 個支路分別存儲一個不同的相位狀態(tài)， 然后同時進行相關運算。此外，也可以 大學畢業(yè)論文 30 采用串并行混合搜索策略。此時，系統(tǒng)在捕獲時間和系統(tǒng)復雜度之間獲得折衷。 三、捕獲性能的衡量標準 驗證捕獲方案的最重要的參數是檢測概率、 虛警概率和捕獲時間。下面我 們就來討論這幾