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DS/CDMA系统扩频序列相位捕捉电路的设计与实现(转)

原创 Linux操作系统 作者:jcszjswkzhou 时间:2019-04-18 13:12:05 0 删除 编辑

[摘要]DS/CDMA系统接收机区别于常规通信系统的最大特点是首先需要解扩,而解扩的关键是本地地址码与发端地址码的同步。同步建立的过程,通常包括对信号的捕获和跟踪,而捕获是关键的第一步。本文结合实际中的应用条件,就相位捕获电路的实现方法及其中的关键技术进行了探讨和分析。


[关键词]直接序列扩频;码分多址;解扩;相位捕获;门限电平


1、引言
  众所周知,扩频系统由于具有抗干扰性强、保密性好,易于组网等许多独特的优点,越来越受到人们的重视,并广泛地应用于卫星、导航、测距、移动通信等众多领域,无论是军用或民用都有着广阔的应用前景。扩频系统之所以比常规通信具有更强的抗干扰能力,是由于接收机在解扩处理的过程中,降低了干扰信号的功率谱密度,提高了基带滤波器输出端的信噪比,获得了系统的处理增益,而解扩处理的关键是接收机本地地址码与发端地址码的同步,只有在接收端本地码与发送端地址码处于相同的相位状态时,有用信号才能被解出,因此,扩频序列相位的捕获跟踪是扩频系统的关键,尤其是伪码序列相位的捕获是一般通信系统所没有的。
2、直扩接收机中伪码序列的相位捕获原理及实现方法
  在直扩接收机中,要把伪码扩展的信号解出,接收方必须能产生一个与发方一样的伪码序列即频率、相位、码型达到一致,对于约定好的通信双方,码型一致是很容易做到的,但由于收、发信机时钟的不稳定性,发射时刻的不确定性,信道传输延迟及干扰等因素的影响,收发伪码序列的相位是随机的,因此,解扩的第一步就是要在接收信号的伪码相位中捕获到一个与本地伪码一致的相位状态,当这一状态出现时,解扩相关器就会有一相关峰值输出,峰值与一门限比较,超过时确定相位已捕捉,立即停止捕捉,转入跟踪状态。扩频序列的相位捕获方法比较多,一般有以下几种:
  (1)匹配滤波器捕捉法
  如无源的声表面波抽头延迟线匹配滤波器、有源数字匹配滤波器等,此种方法实现简便,工作稳定可靠,但码长、码速等受器件工艺限制。
  (2)伪码滑动相关捕获法
  这种方法在对码长、码速没有限制,而且在一部通信机内可存储多组伪地址码,从而可实现地址的灵活调用,其搜索原理如图1所示:
  根据相位滑动的方法,又可分为连续滑动相关法和不连续滑动相关法,前者通过改变本地伪码时钟速率,与发端伪码时钟速率保持一个合适的偏移量,使接收信号中伪码相位与本地伪码相位在相关器内相对滑动,一旦相关值超过捕获门限,标志正确相位已经搜索到,接收机立即恢复本地伪码时钟速率,停止相位滑动,因此,收发信机都需要使用稳定度很高的振荡源,以使他们的码速率可以基本保持一致。此相位搜索法由于其相位搜索是连续的,所以搜索精度较高,也正是这个优点导致了捕捉时间的偏长。采用不连续滑动相关法可以弥补这一缺陷。在捕获的过程中,使本地伪码相位以一定的步进值跳跃变化,即收发码的相位滑动不再是连续的,这样使整个搜索时间大大减少,实际中,本地伪码与接收伪码相位的相对改变是靠搜索电路对伪码发生器时钟的超前、滞后控制来发现。离散的相位滑动节约了大量的搜索时间,但也带来了相位搜索精度问题,为折中考虑,须选择合适的相位滑动步进量。
3、电路实现及关键技术分析
  无论是连续相位滑动还是非连续相位滑动,其捕捉过程都是利用本地码和接收信号作相关运算,并通过一门限检测这一相关值大小,从而判定是否需要进行相位滑动,其电路实现的原理框图如图2:
 一般扩频系统都选用具有良好自相关特性的伪随机码作为地址码,二元m序列作为一种具有双值自相关函数的伪随机序列在扩展频谱技术中已得到广泛的应用,其自相关函数满足:(τ为码位移)
函数曲线如图3所示:
  由此曲线可知,当收发码的相位完全相同即τ=0时,其相关值达到最大,随着相位的偏移,相关值逐渐减小,滑动相关捕捉法正是利用这一特性,采用门限检测的方式,实现相位捕捉。所以,门限的选取很重要,如果把判决门限选得太低,因为外来噪声干扰本地码相关性小,则干扰进入就多了。如果把判决门限选高了,则只有与本地码的相关值很大的有用信号才能进入判决门,而那些相关值较小的发送地址码就不能采用,减少了可用的地址码数,这样,在采用码分选址通信网内的地址数就减少了。实际应用中,采用单一的固定门限很难满足需要,首先,扩频信号本身有一定的动态范围和灵敏度要求,用固定的门限很难兼容二者,要解决这一问题,除了使进来的扩频信号尽量保持恒定的信号强度,也可以采取自适应门限的方式,即从解扩前端或者是后端提取一控制信号去控制判决门限,根据需要使用合适的门限,以防止漏判和错判的存在。当然,滑动相关捕捉电路的性能除了与判决门限有关以外,也与前端滤波器的带宽以及本地码时钟每次的步进的时隙和包络检波器的特性等有关,实际中,需要综合考虑各种因素的影响,才能使相位捕捉电路的性能达到最佳。
4、结束语
  伪码序列的相位捕获技术是扩频通信中的一项关键技术,它决定着整个系统的优劣成败。在实际应用中,往往需求采取多种措施来提高捕获性能,以增强接收的可靠性和有效性。


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