第六章同步技術2

第六章同步技術

6.1同步技術概述

擴頻系統(tǒng)中，對同步來說存在兩類一般的不確定，即碼相位和載波頻率的不確定，在整個系統(tǒng)能夠正常工作之前必須解決這個不確定性，否則系統(tǒng)就不能正常地接收擴頻信號，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頻后的信號落到相關濾波器的頻帶范圍內，并且將本地載波頻率始終對準輸入信號載波頻率，以便使解調器能正常工作，這就是解決碼相位和載波頻率不確定性要達到的最起碼的要求。直擴系統(tǒng)的同步包括：(1)擴頻碼同步：只有完成這一同步后，才可能使相關解擴后的有用信號落入中頻相關濾波器的通頻帶內。(2)位同步：實際上包括擴頻碼的切普同步和傳輸信息的碼元定時同步。(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：直擴系統(tǒng)多采用相干檢測，載波同步后，可為解調器提供同步載波；另一方面，保證解擴后的信號落入中頻頻帶內。一般的碼同步分為兩步進行：(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，保證解擴后的信號能通過相關器后面的中頻濾波器，這是所有問題中最難解決的問題。當同步已經(jīng)建立時，通常可以根據(jù)已得到的定時信息建立后面的同步。(b)跟蹤，或稱精同步。在初始同步的基礎上，使碼相位的誤差進一步減小，保證本地碼的相位一直跟隨接收到的信號碼的相位，在一規(guī)定的允許范圍內變化，這種自動調節(jié)相位的作用過程就稱為跟蹤。一般的同步系統(tǒng)的同步過程可用下圖來描述。接收機對接收到的信號，首先進行搜索，對收到的信號與本地碼相位差的大小進行判斷，若不滿足捕獲要求，即收發(fā)相位差大于一個碼元，則調整時鐘，再進行搜索，直到使收發(fā)相位差小于一個碼元時，停止搜索，轉入跟蹤狀態(tài)。然后對捕捉到的信號進行跟蹤，并進一步減小收發(fā)相位差到要求的誤差范圍內，以滿足系統(tǒng)解調的需要。與此同時，不斷地對同步信號進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)同步信息丟失，馬上進入初始捕獲階段，進行新的同步過程。擴頻碼同步流程圖

接收機剛開始工作時，對所接收的信號的頻率和相位只能大致確定一個范圍，這個范圍主要根據(jù)發(fā)送和接收機的頻率與時鐘的相對差值、信道傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定性、傳播時延、以及收發(fā)信機本身信號源與時鐘的穩(wěn)定度來決定的。初始同步的方法有很多，以相關檢測的捕獲、跟蹤環(huán)路為主，再一個就是利用匹配濾波器方法來實現(xiàn)。常用的初始同步方法有滑動相關法、同步頭法、跳頻同步法、發(fā)射參考信號法、發(fā)射公共時間基準法、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擴頻碼的同步捕獲

捕獲時間和限時捕獲概率6.4串行搜索的相關積分捕獲電路多重逗留積分檢測系統(tǒng)的三種轉移函數(shù)6.5快速捕獲技術6.5.2匹配濾波器同步捕獲6.6擴頻碼的跟蹤一旦擴頻接收機與接收信號同步后，就必須使它這樣工作下去：應保持鎖定，用本地碼準確地跟蹤輸入信號的PN碼，為解擴提供必要的條件；對同步情況不斷監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)失鎖，應返回捕獲狀態(tài)，重新同步。跟蹤的基本方法是利用鎖相環(huán)來控制本地碼的時鐘相位，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。輸入的中頻信號是受PN碼調制的信號(也可以同時受信息調制)，本地PN碼發(fā)生器(也就是捕獲時的碼發(fā)生器的相位與輸入碼相位的差在一個PN碼的切普寬度內)的時鐘現(xiàn)由VCO控制，其時鐘頻率與發(fā)端碼時鐘頻率相等。相關網(wǎng)絡由兩路相關器組成，兩路相關器輸入的本地PN碼的相位差為分別從碼發(fā)生器的第n級和第n-1級輸出，這里。

跟蹤環(huán)的結構框圖

下面來分析這種環(huán)路的跟蹤原理。設本地碼與發(fā)端碼經(jīng)捕獲后的時差為，應小于PN碼的切普寬度。圖(a)和(b)為兩路相關器的輸出經(jīng)包絡檢波器檢波后的相關函數(shù)波形。由圖可以看出，兩個相關器的相關特性是相同的，差別在于其相對位置相差一個，這是由所加的本地參考碼的延遲所致。由于送入環(huán)路濾波器的信號是兩個相關器的差動輸出信號，可得整個相關網(wǎng)絡的相關函數(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的相關波形(a)相關器1的相關波形(b)相關器2的相關波形(c)合成的相關波形圖中給出了跟蹤點的位置，令此時的為坐標原點，則由鎖相原理可知，當時則可以鎖定，即跟蹤范圍為～。由于環(huán)路的反饋作用，相關網(wǎng)絡輸出的誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波后，控制VCO的輸出，從而調整本地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～的一個范圍內，故又稱之為單延遲鎖定環(huán)。采用單DLL跟蹤環(huán)的解擴單元

(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相關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級和第n-1級的輸出分別與接收信號進行相關，而雙值延遲鎖定環(huán)則采用本地PN碼發(fā)生器的第n級和第n-2級的輸出對接收信號進行相關，如下圖所示。兩個相關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，可得兩個相關器的相關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碼與本地碼的時差時，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)在跟蹤范圍內相關函數(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。在同一時差的條件下，單值延遲鎖定環(huán)比雙值延遲