CDMA系統(tǒng)中的快速捕獲技術(shù)

1、CDMA系統(tǒng)中的快速捕獲技術(shù)        摘要：主要分析了CDMA移動通信系統(tǒng)中的兩種重要的快速捕獲技術(shù)（并行捕獲技術(shù)和匹配濾波器同步捕獲技術(shù)，給出了他們的實現(xiàn)方案、系統(tǒng)框圖等）。     關(guān)鍵詞：完全并行；存儲并行；混合并行；匹配濾波器同步是數(shù)字通信系統(tǒng)中設計非常重要的一個環(huán)節(jié)，因此如何快速準確的獲得碼的同步，如何使得在低信噪比的環(huán)境下能有效地進行同步捕獲有非常重要的意義，所以快速捕獲技術(shù)顯得尤為重要。1并行捕獲串行積分捕獲電路每次積分時間只判別一個相位點是否同步，這在需要快速同步

2、的場合是不適應的，因此，我們很自然地想到如果可以用多個積分電路，每個電路采用不同的本地序列相位，則可以在一次積分時間后同時判別多個相位點，大大縮短了同步捕獲時間，根據(jù)并行規(guī)模和處理過程的不同，我們將并行捕獲分為三類：完全并行、存儲并行和混合并行。并行捕獲中是選取多個并行之路的輸出的最大值與門限進行比較。從概率統(tǒng)計上來講，這符合最大似然估計準則，因而在高斯信道中是最優(yōu)的。11完全并行當接收序列的未知相位區(qū)間較小，而又需要快速的捕獲時，我們可以考慮完全并行方案。設未知相位分為C個單元（每個單元間隔12 chip），則完全并行同步捕獲有C條之路組成。如圖1所示。輸入信號分別輸入C條之路作相關(guān)積分，每

3、條支路的本地參考序列相位各不相同，在積分周期結(jié)束時，得到C個相關(guān)積分結(jié)果，選取這C個結(jié)果中最大值MAX（Zi）i1，2，C與門限相比較，大于門限則認為有信號存在，并把最大值對應的相位暫時為正確相位，進行驗證相關(guān)積分，第二次相關(guān)的結(jié)果再與門限2比較，大于門限則認為系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。如果MAX（Zi）i1，2，C小于門限則認為無信號或系統(tǒng)未同步，將所有相關(guān)積分器清零，并重新開始積分，得到新的C個新的結(jié)果，重復以上步驟。12存儲并行當接收信號的未知相位區(qū)間很大，要做到完全并行是不可能的。一個可行的解決辦法是將整個未知相位區(qū)間分段，每段包含CN個單元，共分成CCNCM段。對每段內(nèi)的CN個單元作并行

4、積分，一次積分周期結(jié)束后，將CN個相關(guān)結(jié)果存儲起來。接著復位CN個積分器，調(diào)整所有的本地參考序列相位，進行下一段并行積分，以此類推。當經(jīng)過CM個積分周期后，所有的C個相位點的相關(guān)值都被計算并存儲起來。選取其中的最大值MAX（Zi）i1，2，C與門限1比較，如果大于門限則假定最大值對應的相位為正確相位，轉(zhuǎn)入驗證積分狀態(tài)，小于門限的則清除原先存儲結(jié)果，重新開始所有的C個積分。13混合并行存儲并行在硬件規(guī)模與系統(tǒng)性能之間作了一個平衡選擇，但一個明顯的缺陷是他要等CM個積分周期后才作一次判決，如果我們在每個積分周期之后對CN個相關(guān)結(jié)果進行選最大值并比較門限的操作，則通過適當?shù)倪x取門限，可以達到加快捕獲

5、效果，這就是混合并行方案。系統(tǒng)有2種工作狀態(tài)，即搜索狀態(tài)和驗證狀未知相位區(qū)間，將其分為CCNCM個子相位區(qū)間，每個相位區(qū)間包括CN個待測相位點。對一個子的相位區(qū)間的CN個相位區(qū)間的相位點是完全的并行搜索，對區(qū)間之間是串行搜索。每個檢測器在一個相關(guān)積分周期T1后輸出一個相關(guān)值，該相關(guān)值表征了該檢測器中的本地序列與接收序列的相干程度。在每個相關(guān)積分周期結(jié)束時刻，共有CN個相關(guān)值被計算出來，選取其最大值與門限1比較，若大于門限則相關(guān)相位點被暫定為正確相位，轉(zhuǎn)入相位驗證狀態(tài)；若小與門限1，則計算下一相位區(qū)間的相關(guān)值。在驗證狀態(tài)中，一個單獨分開的非相干檢測器載入暫定的準確相位與輸入信號作積分長度為T2A

6、·T1的相關(guān)積分，將相關(guān)值與門限2作比較，若大于門限則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入同步跟蹤狀態(tài)，否則系統(tǒng)返回搜索狀態(tài)。在并行檢測裝置中，檢測概率的計算不僅要求正確支路的相關(guān)值大于門限，而且要求其余支路的相關(guān)值小于正確支路相關(guān)值。因此，并行裝置的檢測概率會小于相同信噪比下單支路的檢測概率。2匹配濾波器同步捕獲匹配濾波器的傳遞函數(shù)是所要匹配的信號的復共軛，當信號埋于高斯噪聲中時，匹配濾波器使其輸出信噪比最大?；鶐ヅ錇V波器的前段是在波解調(diào)（相干或非相干）、基帶濾波和采樣量化，輸入信號依次送入移位寄存器組成的延遲線，每單位的延遲引出一個抽頭，抽頭的相乘系數(shù)就是擴頻序列的值aN（aN±1）支持時間上的

7、反序。所有相乘序列送入一個龐大的加法器，得到一個匹配濾波器的輸出。顯然輸出是一個多比特的數(shù)值，該數(shù)值的大小可以反映輸入信號與匹配濾波器的沖擊響應的匹配程度，當輸入序列與移位寄存器的所有系數(shù)匹配時，輸出達到最大值，顯然，這樣實現(xiàn)的匹配濾波器是一個典型的FIR濾波器。但是這樣的匹配濾波器通常需要較長的階數(shù)。因為當存在噪聲如果匹配濾波器接觸不夠長其處理增益太小，則輸出的信噪比也很小，誤判的概率將很大，這與擴頻序列的部分自相關(guān)有密切關(guān)系。匹配濾波器的系數(shù)固定于擴頻序列上的某一段，當輸入序列“走”到這一段時，會產(chǎn)生一個脈沖輸出，該輸出時刻指示與匹配濾波器相匹配的一段序列剛好進入移位寄存器，于是就知道了輸

8、入序列的相位。雖然匹配濾波器的系數(shù)被固定于某一段擴頻序列，但實際上，我們希望匹配濾波器的系數(shù)是可編程的，可設定的。原因很明顯，不同的用戶會使用不同的擴頻序列，所以作為同步檢測器的匹配濾波器也必須能夠隨時改寫其系數(shù)。匹配濾波器的輸出是多個高斯變量的組合仍是一個高斯變量，這就表明了相鄰匹配濾波器輸出是獨立的。下面我們可以構(gòu)造一個完整的使用匹配濾波器的同步捕獲電路，如圖2所示，系統(tǒng)可以工作與搜索狀態(tài)和驗證狀態(tài)。當處于搜索狀態(tài)時，信號經(jīng)過載波解調(diào)，采樣量化后分別送入4個匹配濾波器，匹配濾波器的系數(shù)由同相擴頻序列和正交擴頻序列在相同位置上的一段序列來決定（通常取序列開始的一段或最后的一段），對于短序列，

9、可能取整個周期的序列。當輸入信號經(jīng)12碼元的間隔采樣、量化后送入匹配濾波器。在驗證狀態(tài)下，系統(tǒng)將當前輸入序列的相位載入碼發(fā)生器并使其開始運轉(zhuǎn)，同時將碼發(fā)生器的輸出序列連續(xù)不斷地注入匹配濾波器的系數(shù)寄存單元，匹配濾波器的系數(shù)寄存單元與輸入信號的同步時鐘移位，記錄匹配濾波器在該狀態(tài)下的A個輸出樣本，如果其中有A（A是系統(tǒng)設計系數(shù)，為一正整數(shù)）個大于門限2，則認為系統(tǒng)同步，轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，否則系統(tǒng)轉(zhuǎn)回搜索狀態(tài)。3結(jié)語通過快速捕獲技術(shù)，可以快速準確的捕獲到碼同步信號，即使在低信噪比的情況下，為系統(tǒng)的抽樣判決提供了最大的信噪比，降低了系統(tǒng)的誤碼率，提高了數(shù)字通信系統(tǒng)中的可靠性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，快速捕獲技術(shù)會更廣泛的應用在數(shù)字通信系統(tǒng)中