DS／CDMA系统扩频序列相位捕捉电路的设计与实现
发布时间：2006-10-14 7:56:15   收集提供：gaoqian
陈含芳　信息产业部电子第七研究所
　　[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 。

摘自《移动通信》
 
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