第六章同步技术2

第六章同步技术

6.1同步技术概述

扩频系统中，对同步来说存在两类一般的不确定，即码相位和载波频率的不确定，在整个系统能够正常工作之前必须解决这个不确定性，否则系统就不能正常地接收扩频信号，码相位的分辨率必须小于1比特(切普)，从接收系统看到的中心频率的分辨率必须是扩频后的信号落到相关滤波器的频带范围内，并且将本地载波频率始终对准输入信号载波频率，以便使解调器能正常工作，这就是解决码相位和载波频率不确定性要达到的最起码的要求。直扩系统的同步包括：(1)扩频码同步：只有完成这一同步后，才可能使相关解扩后的有用信号落入中频相关滤波器的通频带内。(2)位同步：实际上包括扩频码的切普同步和传输信息的码元定时同步。(3)帧同步：提取帧同步后，就可提取帧同步后面的信息。(4)载波同步：直扩系统多采用相干检测，载波同步后，可为解调器提供同步载波；另一方面，保证解扩后的信号落入中频频带内。一般的码同步分为两步进行：(a)初始同步，或称粗同步、捕获。主要解决载波频率和码相位的不确定性，保证解扩后的信号能通过相关器后面的中频滤波器，这是所有问题中最难解决的问题。当同步已经建立时，通常可以根据已得到的定时信息建立后面的同步。(b)跟踪，或称精同步。在初始同步的基础上，使码相位的误差进一步减小，保证本地码的相位一直跟随接收到的信号码的相位，在一规定的允许范围内变化，这种自动调节相位的作用过程就称为跟踪。一般的同步系统的同步过程可用下图来描述。接收机对接收到的信号，首先进行搜索，对收到的信号与本地码相位差的大小进行判断，若不满足捕获要求，即收发相位差大于一个码元，则调整时钟，再进行搜索，直到使收发相位差小于一个码元时，停止搜索，转入跟踪状态。然后对捕捉到的信号进行跟踪，并进一步减小收发相位差到要求的误差范围内，以满足系统解调的需要。与此同时，不断地对同步信号进行检测，一旦发现同步信息丢失，马上进入初始捕获阶段，进行新的同步过程。扩频码同步流程图

接收机刚开始工作时，对所接收的信号的频率和相位只能大致确定一个范围，这个范围主要根据发送和接收机的频率与时钟的相对差值、信道传输的频率不稳定性、传播时延、以及收发信机本身信号源与时钟的稳定度来决定的。初始同步的方法有很多，以相关检测的捕获、跟踪环路为主，再一个就是利用匹配滤波器方法来实现。常用的初始同步方法有滑动相关法、同步头法、跳频同步法、发射参考信号法、发射公共时间基准法、突发同步、用特殊码型建立同步和匹配滤波器同步法等方法。

6.2扩频码的同步捕获

捕获时间和限时捕获概率6.4串行搜索的相关积分捕获电路多重逗留积分检测系统的三种转移函数6.5快速捕获技术6.5.2匹配滤波器同步捕获6.6扩频码的跟踪一旦扩频接收机与接收信号同步后，就必须使它这样工作下去：应保持锁定，用本地码准确地跟踪输入信号的PN码，为解扩提供必要的条件；对同步情况不断监测，一旦发现失锁，应返回捕获状态，重新同步。跟踪的基本方法是利用锁相环来控制本地码的时钟相位，常用的跟踪环是延迟锁定环(DLL-DelayLockLoop)，另一种称为-抖动环(TanDitherLoop)。下面介绍几种跟踪环的工作原理。

(1)延迟锁定环延迟锁定环又叫早－迟码跟踪环，图1-3是延迟锁定环的原理图。输入的中频信号是受PN码调制的信号(也可以同时受信息调制)，本地PN码发生器(也就是捕获时的码发生器的相位与输入码相位的差在一个PN码的切普宽度内)的时钟现由VCO控制，其时钟频率与发端码时钟频率相等。相关网络由两路相关器组成，两路相关器输入的本地PN码的相位差为分别从码发生器的第n级和第n-1级输出，这里。

跟踪环的结构框图

下面来分析这种环路的跟踪原理。设本地码与发端码经捕获后的时差为，应小于PN码的切普宽度。图(a)和(b)为两路相关器的输出经包络检波器检波后的相关函数波形。由图可以看出，两个相关器的相关特性是相同的，差别在于其相对位置相差一个，这是由所加的本地参考码的延迟所致。由于送入环路滤波器的信号是两个相关器的差动输出信号，可得整个相关网络的相关函数波形或误差函数波形，如下图所示，此特性即为延迟锁定环的鉴相特性。

DLL的相关波形(a)相关器1的相关波形(b)相关器2的相关波形(c)合成的相关波形图中给出了跟踪点的位置，令此时的为坐标原点，则由锁相原理可知，当时则可以锁定，即跟踪范围为～。由于环路的反馈作用，相关网络输出的误差信号经环路滤波后，控制VCO的输出，从而调整本地PN码发生器的相位，使剩余相差很小，即在＝0的附近工作。

由于这种环路的跟踪范围为～的一个范围内，故又称之为单延迟锁定环。采用单DLL跟踪环的解扩单元

(2)双值延迟锁定环双值延迟锁定环的跟踪原理与单值延迟锁定环相同，唯一的差别是用于两个相关器的本地参考码的相位。在单值延迟锁定环中是用本地PN码发生器的第n级和第n-1级的输出分别与接收信号进行相关，而双值延迟锁定环则采用本地PN码发生器的第n级和第n-2级的输出对接收信号进行相关，如下图所示。两个相关器的本地码的相位差为2。用与单值延迟锁定环相同的分析方法，可得两个相关器的相关波形和双值延迟锁定环的鉴相特性，如图下所示。由此可见，只要输入PN码与本地码的时差时，双值延迟锁定环就可以锁定。

双值DLL的本地码发生器

双值DLL的相关波形

将双值延迟锁定环与单值延迟锁定环相比较，可以看出：(a)双值延迟锁定环的跟踪范围比单值延迟锁定环大一倍，即前者的跟踪范围为～，后者为～；(b)单值延迟锁定环在跟踪范围内相关函数的斜率比双值延迟锁定环的斜率大一倍，这意味着单值延迟锁定环控制灵敏度高。在同一时差的条件下，单值延迟锁定环比双值延迟