第六章同步技術(shù)2

第六章同步技術(shù)

6.1同步技術(shù)概述

擴(kuò)頻系統(tǒng)中，對(duì)同步來(lái)說(shuō)存在兩類一般的不確定，即碼相位和載波頻率的不確定，在整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作之前必須解決這個(gè)不確定性，否則系統(tǒng)就不能正常地接收擴(kuò)頻信號(hào)，碼相位的分辨率必須小于1比特(切普)，從接收系統(tǒng)看到的中心頻率的分辨率必須是擴(kuò)頻后的信號(hào)落到相關(guān)濾波器的頻帶范圍內(nèi)，并且將本地載波頻率始終對(duì)準(zhǔn)輸入信號(hào)載波頻率，以便使解調(diào)器能正常工作，這就是解決碼相位和載波頻率不確定性要達(dá)到的最起碼的要求。直擴(kuò)系統(tǒng)的同步包括：(1)擴(kuò)頻碼同步：只有完成這一同步后，才可能使相關(guān)解擴(kuò)后的有用信號(hào)落入中頻相關(guān)濾波器的通頻帶內(nèi)。(2)位同步：實(shí)際上包括擴(kuò)頻碼的切普同步和傳輸信息的碼元定時(shí)同步。(3)幀同步：提取幀同步后，就可提取幀同步后面的信息。(4)載波同步：直擴(kuò)系統(tǒng)多采用相干檢測(cè)，載波同步后，可為解調(diào)器提供同步載波；另一方面，保證解擴(kuò)后的信號(hào)落入中頻頻帶內(nèi)。一般的碼同步分為兩步進(jìn)行：(a)初始同步，或稱粗同步、捕獲。主要解決載波頻率和碼相位的不確定性，保證解擴(kuò)后的信號(hào)能通過(guò)相關(guān)器后面的中頻濾波器，這是所有問(wèn)題中最難解決的問(wèn)題。當(dāng)同步已經(jīng)建立時(shí)，通常可以根據(jù)已得到的定時(shí)信息建立后面的同步。(b)跟蹤，或稱精同步。在初始同步的基礎(chǔ)上，使碼相位的誤差進(jìn)一步減小，保證本地碼的相位一直跟隨接收到的信號(hào)碼的相位，在一規(guī)定的允許范圍內(nèi)變化，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)相位的作用過(guò)程就稱為跟蹤。一般的同步系統(tǒng)的同步過(guò)程可用下圖來(lái)描述。接收機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)，首先進(jìn)行搜索，對(duì)收到的信號(hào)與本地碼相位差的大小進(jìn)行判斷，若不滿足捕獲要求，即收發(fā)相位差大于一個(gè)碼元，則調(diào)整時(shí)鐘，再進(jìn)行搜索，直到使收發(fā)相位差小于一個(gè)碼元時(shí)，停止搜索，轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。然后對(duì)捕捉到的信號(hào)進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)一步減小收發(fā)相位差到要求的誤差范圍內(nèi)，以滿足系統(tǒng)解調(diào)的需要。與此同時(shí)，不斷地對(duì)同步信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)同步信息丟失，馬上進(jìn)入初始捕獲階段，進(jìn)行新的同步過(guò)程。擴(kuò)頻碼同步流程圖

接收機(jī)剛開始工作時(shí)，對(duì)所接收的信號(hào)的頻率和相位只能大致確定一個(gè)范圍，這個(gè)范圍主要根據(jù)發(fā)送和接收機(jī)的頻率與時(shí)鐘的相對(duì)差值、信道傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定性、傳播時(shí)延、以及收發(fā)信機(jī)本身信號(hào)源與時(shí)鐘的穩(wěn)定度來(lái)決定的。初始同步的方法有很多，以相關(guān)檢測(cè)的捕獲、跟蹤環(huán)路為主，再一個(gè)就是利用匹配濾波器方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的初始同步方法有滑動(dòng)相關(guān)法、同步頭法、跳頻同步法、發(fā)射參考信號(hào)法、發(fā)射公共時(shí)間基準(zhǔn)法、突發(fā)同步、用特殊碼型建立同步和匹配濾波器同步法等方法。

6.2擴(kuò)頻碼的同步捕獲

捕獲時(shí)間和限時(shí)捕獲概率6.4串行搜索的相關(guān)積分捕獲電路多重逗留積分檢測(cè)系統(tǒng)的三種轉(zhuǎn)移函數(shù)6.5快速捕獲技術(shù)6.5.2匹配濾波器同步捕獲6.6擴(kuò)頻碼的跟蹤一旦擴(kuò)頻接收機(jī)與接收信號(hào)同步后，就必須使它這樣工作下去：應(yīng)保持鎖定，用本地碼準(zhǔn)確地跟蹤輸入信號(hào)的PN碼，為解擴(kuò)提供必要的條件；對(duì)同步情況不斷監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)失鎖，應(yīng)返回捕獲狀態(tài)，重新同步。跟蹤的基本方法是利用鎖相環(huán)來(lái)控制本地碼的時(shí)鐘相位，常用的跟蹤環(huán)是延遲鎖定環(huán)(DLL-DelayLockLoop)，另一種稱為-抖動(dòng)環(huán)(TanDitherLoop)。下面介紹幾種跟蹤環(huán)的工作原理。

(1)延遲鎖定環(huán)延遲鎖定環(huán)又叫早－遲碼跟蹤環(huán)，圖1-3是延遲鎖定環(huán)的原理圖。輸入的中頻信號(hào)是受PN碼調(diào)制的信號(hào)(也可以同時(shí)受信息調(diào)制)，本地PN碼發(fā)生器(也就是捕獲時(shí)的碼發(fā)生器的相位與輸入碼相位的差在一個(gè)PN碼的切普寬度內(nèi))的時(shí)鐘現(xiàn)由VCO控制，其時(shí)鐘頻率與發(fā)端碼時(shí)鐘頻率相等。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)由兩路相關(guān)器組成，兩路相關(guān)器輸入的本地PN碼的相位差為分別從碼發(fā)生器的第n級(jí)和第n-1級(jí)輸出，這里。

跟蹤環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖

下面來(lái)分析這種環(huán)路的跟蹤原理。設(shè)本地碼與發(fā)端碼經(jīng)捕獲后的時(shí)差為，應(yīng)小于PN碼的切普寬度。圖(a)和(b)為兩路相關(guān)器的輸出經(jīng)包絡(luò)檢波器檢波后的相關(guān)函數(shù)波形。由圖可以看出，兩個(gè)相關(guān)器的相關(guān)特性是相同的，差別在于其相對(duì)位置相差一個(gè)，這是由所加的本地參考碼的延遲所致。由于送入環(huán)路濾波器的信號(hào)是兩個(gè)相關(guān)器的差動(dòng)輸出信號(hào)，可得整個(gè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)函數(shù)波形或誤差函數(shù)波形，如下圖所示，此特性即為延遲鎖定環(huán)的鑒相特性。

DLL的相關(guān)波形(a)相關(guān)器1的相關(guān)波形(b)相關(guān)器2的相關(guān)波形(c)合成的相關(guān)波形圖中給出了跟蹤點(diǎn)的位置，令此時(shí)的為坐標(biāo)原點(diǎn)，則由鎖相原理可知，當(dāng)時(shí)則可以鎖定，即跟蹤范圍為～。由于環(huán)路的反饋?zhàn)饔?，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差信號(hào)經(jīng)環(huán)路濾波后，控制VCO的輸出，從而調(diào)整本地PN碼發(fā)生器的相位，使剩余相差很小，即在＝0的附近工作。

由于這種環(huán)路的跟蹤范圍為～的一個(gè)范圍內(nèi)，故又稱之為單延遲鎖定環(huán)。采用單DLL跟蹤環(huán)的解擴(kuò)單元

(2)雙值延遲鎖定環(huán)雙值延遲鎖定環(huán)的跟蹤原理與單值延遲鎖定環(huán)相同，唯一的差別是用于兩個(gè)相關(guān)器的本地參考碼的相位。在單值延遲鎖定環(huán)中是用本地PN碼發(fā)生器的第n級(jí)和第n-1級(jí)的輸出分別與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，而雙值延遲鎖定環(huán)則采用本地PN碼發(fā)生器的第n級(jí)和第n-2級(jí)的輸出對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，如下圖所示。兩個(gè)相關(guān)器的本地碼的相位差為2。用與單值延遲鎖定環(huán)相同的分析方法，可得兩個(gè)相關(guān)器的相關(guān)波形和雙值延遲鎖定環(huán)的鑒相特性，如圖下所示。由此可見，只要輸入PN碼與本地碼的時(shí)差時(shí)，雙值延遲鎖定環(huán)就可以鎖定。

雙值DLL的本地碼發(fā)生器

雙值DLL的相關(guān)波形

將雙值延遲鎖定環(huán)與單值延遲鎖定環(huán)相比較，可以看出：(a)雙值延遲鎖定環(huán)的跟蹤范圍比單值延遲鎖定環(huán)大一倍，即前者的跟蹤范圍為～，后者為～；(b)單值延遲鎖定環(huán)在跟蹤范圍內(nèi)相關(guān)函數(shù)的斜率比雙值延遲鎖定環(huán)的斜率大一倍，這意味著單值延遲鎖定環(huán)控制靈敏度高。在同一時(shí)差的條件下，單值延遲鎖定環(huán)比雙值延遲