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DS／CDMA系統擴頻序列相位捕捉電路的設計與實現

2019-11-03 09:36:31
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來源：轉載
供稿：網友
陳含芳　信息產業部電子第七研究所
　　[摘 要 ]DS／ CDMA系 統 接 收 機 區 別 于 常 規 通 信 系 統 的 最 大 特 點 是 首 先 需 要 解 擴 ， 而 解 擴 的 關 鍵 是 本 地 地 址 碼 與 發 端 地 址 碼 的 同 步 。 同 步 建 立 的 過 程 ， 通 常 包 括 對 信 號 的 捕 獲 和 跟 蹤 ， 而 捕 獲 是 關 鍵 的 第 一 步 。 本 文 結 合 實 際 中 的 應 用 條 件 ， 就 相 位 捕 獲 電 路 的 實 現 方 法 及 其 中 的 關 鍵 技 術 進 行 了 探 討 和 分 析 。

　　[關 鍵 詞 ]直 接 序 列 擴 頻 ； 碼 分 多 址 ； 解 擴 ； 相 位 捕 獲 ； 門 限 電 平

1、引 言

　　眾 所 周 知 ， 擴 頻 系 統 由 于 具 有 抗 干 擾 性 強 、 保 密 性 好 ， 易 于 組 網 等 許 多 獨 特 的 優 點 ， 越 來 越 受 到 人 們 的 重 視 ， 并 廣 泛 地 應 用 于 衛 星 、 導 航 、 測 距 、 移 動 通 信 等 眾 多 領 域 ， 無 論 是 軍 用 或 民 用 都 有 著 廣 闊 的 應 用 前 景 。 擴 頻 系 統 之 所 以 比 常 規 通 信 具 有 更 強 的 抗 干 擾 能 力 ， 是 由 于 接 收 機 在 解 擴 處 理 的 過 程 中 ， 降 低 了 干 擾 信 號 的 功 率 譜 密 度 ， 提 高 了 基 帶 濾 波 器 輸 出 端 的 信 噪 比 ， 獲 得 了 系 統 的 處 理 增 益 ， 而 解 擴 處 理 的 關 鍵 是 接 收 機 本 地 地 址 碼 與 發 端 地 址 碼 的 同 步 ， 只 有 在 接 收 端 本 地 碼 與 發 送 端 地 址 碼 處 于 相 同 的 相 位 狀 態 時 ， 有 用 信 號 才 能 被 解 出 ， 因 此 ， 擴 頻 序 列 相 位 的 捕 獲 跟 蹤 是 擴 頻 系 統 的 關 鍵 ， 尤 其 是 偽 碼 序 列 相 位 的 捕 獲 是 一 般 通 信 系 統 所 沒 有 的 。

2、直 擴 接 收 機 中 偽 碼 序 列 的 相 位 捕 獲 原 理 及 實 現 方 法

　　在 直 擴 接 收 機 中 ， 要 把 偽 碼 擴 展 的 信 號 解 出 ， 接 收 方 必 須 能 產 生 一 個 與 發 方 一 樣 的 偽 碼 序 列 即 頻 率 、 相 位 、 碼 型 達 到 一 致 ， 對 于 約 定 好 的 通 信 雙 方 ， 碼 型 一 致 是 很 容 易 做 到 的 ， 但 由 于 收 、 發 信 機 時 鐘 的 不 穩 定 性 ， 發 射 時 刻 的 不 確 定 性 ， 信 道 傳 輸 延 遲 及 干 擾 等 因 素 的 影 響 ， 收 發 偽 碼 序 列 的 相 位 是 隨 機 的 ， 因 此 ， 解 擴 的 第 一 步 就 是 要 在 接 收 信 號 的 偽 碼 相 位 中 捕 獲 到 一 個 與 本 地 偽 碼 一 致 的 相 位 狀 態 ， 當 這 一 狀 態 出 現 時 ， 解 擴 相 關 器 就 會 有 一 相 關 峰 值 輸 出 ， 峰 值 與 一 門 限 比 較 ， 超 過 時 確 定 相 位 已 捕 捉 ， 立 即 停 止 捕 捉 ， 轉 入 跟 蹤 狀 態 。 擴 頻 序 列 的 相 位 捕 獲 方 法 比 較 多 ， 一 般 有 以 下 幾 種 ：

　　(1) 匹 配 濾 波 器 捕 捉 法

　　如 無 源 的 聲 表 面 波 抽 頭 延 遲 線 匹 配 濾 波 器 、 有 源 數 字 匹 配 濾 波 器 等 ， 此 種 方 法 實 現 簡 便 ， 工 作 穩 定 可 靠 ， 但 碼 長 、 碼 速 等 受 器 件 工 藝 限 制 。

　　(2) 偽 碼 滑 動 相 關 捕 獲 法

　　這 種 方 法 在 對 碼 長 、 碼 速 沒 有 限 制 ， 而 且 在 一 部 通 信機 內 可 存 儲 多 組 偽 地 址 碼 ， 從 而 可 實 現 地 址 的 靈 活 調 用 ， 其 搜 索 原 理 如 圖 1所 示 ：



　　根 據 相 位 滑 動 的 方 法 ， 又 可 分 為 連 續 滑 動 相 關 法 和 不 連 續 滑 動 相 關 法 ， 前 者 通 過 改 變 本 地 偽 碼 時 鐘 速 率 ， 與 發 端 偽 碼 時 鐘 速 率 保 持 一 個 合 適 的 偏 移 量 ， 使 接 收 信 號 中 偽 碼 相 位 與 本 地 偽 碼 相 位 在 相 關 器 內 相 對 滑 動 ， 一 旦 相 關 值 超 過 捕 獲 門 限 ， 標 志 正 確 相 位 已 經 搜 索 到 ， 接 收 機 立 即 恢 復 本 地 偽 碼 時 鐘 速 率 ， 停 止 相 位 滑 動 ， 因 此 ， 收 發 信 機 都 需 要 使 用 穩 定 度 很 高 的 振 蕩 源 ， 以 使 他 們 的 碼 速 率 可 以 基 本 保 持 一 致 。 此 相 位 搜 索 法 由 于 其 相 位 搜 索 是 連 續 的 ， 所 以 搜 索 精 度 較 高 ， 也 正 是 這 個 優 點 導 致 了 捕 捉 時 間 的 偏 長 。 采 用 不 連 續 滑 動 相 關 法 可 以 彌 補 這 一 缺 陷 。 在 捕 獲 的 過 程 中 ， 使 本 地 偽 碼 相 位 以 一 定 的 步 進 值 跳 躍 變 化 ， 即 收 發 碼 的 相 位 滑 動 不 再 是 連 續 的 ， 這 樣 使 整 個 搜 索 時 間 大 大 減 少 ， 實 際 中 ， 本 地 偽 碼 與 接 收 偽 碼 相 位 的 相 對 改 變 是 靠 搜 索 電 路 對 偽 碼 發 生 器 時 鐘 的 超 前 、 滯 后 控 制 來 發 現 。 離 散 的 相 位 滑 動 節 約 了 大 量 的 搜 索 時 間 ， 但 也 帶 來 了 相 位 搜 索 精 度 問 題 ， 為 折 中 考 慮 ， 須 選 擇 合 適 的 相 位 滑 動 步 進 量 。

3、電 路 實 現 及 關 鍵 技 術 分 析

　　無 論 是 連 續 相 位 滑 動 還 是 非 連 續 相 位 滑 動 ， 其 捕 捉 過 程 都 是 利 用 本 地 碼 和 接 收 信 號 作 相 關 運 算 ， 并 通 過 一 門 限 檢 測 這 一 相 關 值 大 小 ， 從 而 判 定 是 否 需 要 進 行 相 位 滑 動 ， 其 電 路 實 現 的 原 理 框 圖 如 圖 2：



　 一 般 擴 頻 系 統 都 選 用 具 有 良 好 自 相 關 特 性 的 偽 隨 機 碼 作 為 地 址 碼 ， 二 元 m序 列 作 為 一 種 具 有 雙 值 自 相 關 函 數 的 偽 隨 機 序 列 在 擴 展 頻 譜 技 術 中 已 得 到 廣 泛 的 應 用 ， 其 自 相 關 函 數 滿 足 ： (τ 為 碼 位 移 )

函 數 曲 線 如 圖 3所 示 ：



　　由 此 曲 線 可 知 ， 當 收 發 碼 的 相 位 完 全 相 同 即 τ =0時 ， 其 相 關 值 達 到 最 大 ， 隨 著 相 位 的 偏 移 ， 相 關 值 逐 漸 減 小 ， 滑 動 相 關 捕 捉 法 正 是 利 用 這 一 特 性 ， 采 用 門 限 檢 測 的 方 式 ， 實 現 相 位 捕 捉 。 所 以 ， 門 限 的 選 取 很 重 要 ， 如 果 把 判 決 門 限 選 得 太 低 ， 因 為 外 來 噪 聲 干 擾 本 地 碼 相 關 性 小 ， 則 干 擾 進 入 就 多 了 。 如 果 把 判 決 門 限 選 高 了 ， 則 只 有 與 本 地 碼 的 相 關 值 很 大 的 有 用 信 號 才 能 進 入 判 決 門 ， 而 那 些 相 關 值 較 小 的 發 送 地 址 碼 就 不 能 采 用 ， 減 少 了 可 用 的 地 址 碼 數 ， 這 樣 ， 在 采 用 碼 分 選 址 通 信 網 內 的 地 址 數 就 減 少 了 。 實 際 應 用 中 ， 采 用 單 一 的 固 定 門 限 很 難 滿 足 需 要 ， 首 先 ， 擴 頻 信 號 本 身 有 一 定 的 動 態 范 圍 和 靈 敏 度 要 求 ， 用 固 定 的 門 限 很 難 兼 容 二 者 ， 要 解 決 這 一 問 題 ， 除 了 使 進 來 的 擴 頻 信 號 盡 量 保 持 恒 定 的 信 號 強 度 ， 也 可 以 采 取 自 適 應 門 限 的 方 式 ， 即 從 解 擴 前 端 或 者 是 后 端 提 取 一 控 制 信 號 去 控 制 判 決 門 限 ， 根 據 需 要 使 用 合 適 的 門 限 ， 以 防 止 漏 判 和 錯 判 的 存 在 。 當 然 ， 滑 動 相 關 捕 捉 電 路 的 性 能 除 了 與 判 決 門 限 有 關 以 外 ， 也 與 前 端 濾 波 器 的 帶 寬 以 及 本 地 碼 時 鐘 每 次 的 步 進 的 時 隙 和 包 絡 檢 波 器 的 特 性 等 有 關 ， 實 際 中 ， 需 要 綜 合 考 慮 各 種 因 素 的 影 響 ， 才 能 使 相 位 捕 捉 電 路 的 性 能 達 到 最 佳 。

4、結 束 語

　　偽 碼 序 列 的 相 位 捕 獲 技 術 是 擴 頻 通 信 中 的 一 項 關 鍵 技 術 ， 它 決 定 著 整 個 系 統 的 優 劣 成 敗 。 在 實 際 應 用 中 ， 往 往 需 求 采 取 多 種 措 施 來 提 高 捕 獲 性 能 ， 以 增 強 接 收 的 可 靠 性 和 有 效 性 。

摘自《移動通信》

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