哈爾濱1 ：程大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 d s c d m a 技術(shù)的突出特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)使它的應(yīng)用十分廣泛，不僅應(yīng)用于各種 通信系統(tǒng)，也適合于各種低功率密度應(yīng)用，如生物醫(yī)學(xué)、遙測(cè)、遙控、家用 電器、跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)等，同時(shí)也適合于多用戶選址系統(tǒng)應(yīng)用，如導(dǎo)航、定 位、傳呼、測(cè)量等。然而一切d s c d m a 系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提是擴(kuò)頻碼同步。 擴(kuò)頻碼同步包括捕獲和跟蹤兩個(gè)內(nèi)容，其中捕獲最為困難和重要。目前 的捕獲方法從實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上可分為并行捕獲、串行捕獲和兼有并行結(jié)構(gòu)與串行 結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)捕獲；從處理域上可分為時(shí)域捕獲、頻域捕獲；從解擴(kuò)運(yùn)算 方法上可分為基于相關(guān)器的捕獲和基于匹配濾波器的捕獲。本質(zhì)上，各種捕 獲技術(shù)均利用偽碼的自相關(guān)特性，由本地產(chǎn)生一個(gè)偽碼復(fù)本與接收偽碼相關(guān) 運(yùn)算，如果門(mén)限檢測(cè)識(shí)別出相關(guān)峰則捕獲完成。輔助序列捕獲方法采用輔助 序列代替?zhèn)未a序列與接收信號(hào)相關(guān)并以此獲得相位差信息，加快了捕獲進(jìn)程。 在諸如低軌道( l e o ) 衛(wèi)星通信、無(wú)線電導(dǎo)航和定位等高動(dòng)態(tài)環(huán)境中，必 須進(jìn)行多普勒頻移碼相偏移的二維聯(lián)合捕獲，傳統(tǒng)方案捕獲時(shí)間長(zhǎng)，不能 滿足系統(tǒng)要求。f f t 捕獲方案在碼延時(shí)搜尋同時(shí)，遍歷整個(gè)多普勒頻移區(qū)間， 將捕獲降低到一維進(jìn)行，成倍縮短了捕獲時(shí)間。補(bǔ)零法能有效對(duì)抗f f t 輸出 的扇形衰落問(wèn)題。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)捕獲性能大大改善。 本文還建立了一個(gè)硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了輔助序列發(fā)生和復(fù)數(shù)f f t 等幾個(gè)關(guān) 鍵算法，并對(duì)多d s p 系統(tǒng)中 t a g 設(shè)計(jì)、自舉加載、c 語(yǔ)言與匯編混合編程問(wèn) 題進(jìn)行了有益的探索。 關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻同步；輔助序列；多普勒；f f t ；d s p 哈爾濱工程人學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t f o ri t sp a r t ic u l a rs p e c i a l t ya n da d v a n t a g e s ，d s c d m ai sw i d e l y u s e di nt h ea 1 1f i e l d s i ta p p l i e st oc o m m u n i c a t i o ns y e s t e m sa n da 1 1 1 0 wp o w e rd e n s it yf i e l d s ，s u c ha sb i o m e d i c i n e ，r e m o t em e a s u r e m e n ta n d c o n t r 0 1 t a i l l i n ga n dp r e s e n t i m e n ts y s t e m s m e a n w h i l e ，i t sf i tf o r m u l t i u s e rs y s t e m si i k en a v i g a t i o n ，o r i e n t a t i o n ，c a l la n dm e s u r e m e n t h o w e v e r ，t h es y n c h r o n i z a t i o no fs p r e a d i n gc o d ei sap r e c o n d it i o nf o r g o o dw o r ko fa l1 d s c d m as y s t e m s t h es y n c h r o n i z a t i o no fs p t e a 出n gc o d e i n c l u d e sa c q u i s i t i o na n d t r a c k i n g ，t h e r e i n t o ，a c q u i s i t i o ni sm o r ed i f f i c u l ta n di m p o r t a n t a t p r e s e n t ，p r a c t i c a li m p l e m e n t a t i o n c a nb e p a r a l l e l ，s e r i a l ， o r h y b r i d a n di tc a nb ev i e w e da st i m er e g i o n ，o rf r e q u e n c yr e g i o n a i s o ，i t c a nb eb a s e do nc o r r e l a t o r ，o rm a t c hf i1t e r i n g i ns u b s t a n c e ，a l1 t e c h n o l o g i e sa r es i m i l a rf o rl o c a l l yg e n e r a t e dp nw a v e f o r m sh a y i n g t h e s ep h a s e sa r ec o r r e l a t e dw i t ht h e r e c e i v e ds i g n a i nt h i sp a p e r ， d l r e c t i o nf o r t h e1 0 c a lp h a s eu p d a t ei sp r e y i d e sw i t ha s i n ga n a u x i l i a r ys i g n a lt oc o r r e l a t ew i t ht h ei n c o m i n gs i g a n l ，w h i c hs p e e d u p t h ea c q u i s i t i o np r o c e s s i nh i g hd y n a m i cs i t u a t i o n ，s u c ha sl e os a t e l l i t es p r e a d s p e c t r u m c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，w i r e l e s sn a y i g a t i o na n do r i e n t a t i o n ，t h e n o t a b l ee f f e c t so fd o p p l e rs h i f td u et op l a t f o r md a n a m i c sm u s tb et a k e n i n t oa c c o u n t t h em o s ta p p r o a c hi st os e q u e n t i a l l ys e a r c ha l lc o d e p h a s e so v e rt h er a n g eo fa n t i c i p a t e sf r e q u e n c yo f f s e t s t h i sb r u t e f o r c ea p p r o a c hi sl a b o r i o u sa n dc a nl e a dt ol a r g ea c q u i s i t i o nt i m e s a c q u i s i t i o nt i m e s t h ea p p r o a c ho u t l i n e di nt h i sp a p e ru t i l i s e sa nf f t t os i m u l t a n e o u s l ys e a r c ha 1 1p o s s i b l ec o d ed o p p l e ro f f s e t sa to n et i m e ， t h u sr e d u c i n gt h e2 - d i m e n s i o n a ls e a r c hp r o b l e mt oa1 一d i m e n s i o n a lc o d e p h a s es e a r c h a ni n c r e a s e df r e q u e n c ya c c u r a c yi sa c h i e v a b l eb y z e r o p a d d i n g w ec o m p l e t e dah a r d w a r er o o fa n dr e a l i z e da u x i l i a r ys q u e n c e g e n e r a t i o na n df f t m e a n w h i l e s w er e s e a r c h e ds o m eq u e s t i o n sw i t h m u l t i p l ed s p ss y s t e m ss u c ha sj t a gd e s i g n ，b o o td e s i g n ，ca n da s s e m b l y m ix e dp r o g r a m m i n g k e yw o r d s ：s y n c h r o n i z a t i o n ，a u x i li a r ys e q u e n c e ，f f t ，d s p 哈爾濱工程大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引 用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用 的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表 的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均 已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié) 果由本人承擔(dān)。 作者( 簽字) ： 日期：2 0 0 5 年2 月1 8 日 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1c d m a 通信技術(shù) 第1 章緒論 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 通信是利用相互正交( 或盡可 能正交) 的不同編碼序列分配給不同用戶調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)使用同 一頻率接入系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的通信，即碼分多址通信系統(tǒng)，其中d s c d m a 應(yīng)用最 多。1 9 9 1 年5 月，w i l l i a m c y l e e 在i e e e t r a n s o nv e c h i c u l a rt e c h n o l o g y 上發(fā)表“o v e r v i e wo fc e l l u l a rc d m a ”一文，論證了在蜂窩移動(dòng)通信中具有 功率控制的c o m a 系統(tǒng)容量是f d m a 方式的2 0 倍、t d m a 方式的4 倍的結(jié)論， 目l 起了全世界移動(dòng)通信、無(wú)線通信學(xué)界激烈討論，對(duì)c d m a 技術(shù)的研究和應(yīng)用 產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。進(jìn)入2 0 世紀(jì)9 0 年代以來(lái)，移動(dòng)通信發(fā)展迅速，c d m a 技術(shù) 以它在系統(tǒng)容量、業(yè)務(wù)質(zhì)量、安全性和可靠性等方面的優(yōu)勢(shì)備受矚目，全球 越來(lái)越多國(guó)家采用c d m a 技術(shù)提供電信業(yè)務(wù)。c d m a 是一種先進(jìn)的數(shù)字通信技 術(shù)，經(jīng)歷了從窄帶c d 姒( i s 一9 5c d m a ) 向?qū)拵 d 姒的演進(jìn)，是目前第二代 移動(dòng)通信系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，并為移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)者提供了一條向第三代移 動(dòng)通信系統(tǒng)平滑過(guò)渡的途徑。國(guó)際電傳聯(lián)盟制定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線 接口技術(shù)規(guī)范工作，包括歐洲與日本提出的w - c d l f 【a 、美國(guó)提出的c d m a 2 0 0 0 和中國(guó)的t d s c d m a ，進(jìn)一步確立了c d m a 通信技術(shù)在移動(dòng)通信中的穩(wěn)固地位， 也使其進(jìn)入新的發(fā)展階段。 c d 撇技術(shù)也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、無(wú)線電導(dǎo)航和定位等領(lǐng)域，為了充分 發(fā)揮其優(yōu)異性能，必須有效對(duì)抗多普勒頻移影響。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于其通信 距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件限制、傳輸容量大、實(shí)現(xiàn)靈活等一系列 的特點(diǎn)，無(wú)疑將會(huì)在未來(lái)全球個(gè)人通信中扮演重要的角色。目前面向個(gè)人的 全球或區(qū)域的新一代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，其通信技術(shù)和業(yè)務(wù)提供能力，都已 經(jīng)得到了飛速發(fā)展。正在蓬勃發(fā)展的低軌道( l e o ) 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)中采用 c d m a 技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它允許用戶隨機(jī)地訪問(wèn)衛(wèi)星，通信保密性好，抗 干擾能力強(qiáng)，頻率規(guī)劃簡(jiǎn)便，具有平滑的越區(qū)軟切換和宏分集能力，可采用 分集接收技術(shù)，以獲得抗陰影遮蔽效果。c d m a 具有軟容量特性，不會(huì)出現(xiàn)硬 阻塞現(xiàn)象，使有限的頻譜資源得到更充分的使用，對(duì)于具有廣大覆蓋范圍的 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，這一點(diǎn)尤為重要。 哈爾濱工程大學(xué)碩七學(xué)位論文 1 2d s - c d m a 通信同步 c d m a 通信發(fā)射機(jī)除了載波調(diào)制外還有編碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制。擴(kuò)頻調(diào)制器 很簡(jiǎn)單，只要有序列生成器產(chǎn)生編碼序列給調(diào)制器使用即可。但c d m a 通信接 收機(jī)就比常規(guī)通信接收機(jī)復(fù)雜多了。當(dāng)接收機(jī)接收到擴(kuò)頻信號(hào)后，首先是解 除編碼序列對(duì)發(fā)送的信息數(shù)據(jù)的頻譜擴(kuò)展( 簡(jiǎn)稱解擴(kuò)) ，獲得信息數(shù)據(jù)調(diào)制載 波的信號(hào)，再作載波解調(diào)，從而得到傳來(lái)的信息。要實(shí)現(xiàn)c d m a 通信的解擴(kuò)， 就必須使接收機(jī)的本地?cái)U(kuò)頻序列和相位與發(fā)送來(lái)的擴(kuò)頻序列和相位完全一 致，即完成c d m a 通信同步。因此，c d m a 通信接收機(jī)除接收擴(kuò)頻信號(hào)的寬帶 射頻放大濾波器外，主要分成三部分：數(shù)據(jù)解調(diào)、擴(kuò)頻序列捕獲和跟蹤，圖 1 1 給出了一個(gè)d s c d m a 通信系統(tǒng)。顯然，對(duì)發(fā)送來(lái)的擴(kuò)頻序列的捕獲與跟 蹤對(duì)c d m a 通信接收機(jī)是十分重要的。擴(kuò)頻序列的捕獲和跟蹤統(tǒng)稱為d s c d m a 通信的同步。 圖1 id s c d m a 通信系統(tǒng) 2 獲 磉 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 本文主要工作 基于輔助信號(hào)的快速捕獲技術(shù)研究。 目前的捕獲技術(shù)均利用偽碼的自相關(guān)特性，本地產(chǎn)生一個(gè)偽碼復(fù)本與接 收偽碼相關(guān)，門(mén)限檢測(cè)識(shí)別出相關(guān)峰，捕獲完成。其中串行滑動(dòng)相關(guān)捕獲在 硬件上比較簡(jiǎn)單，適合于較短碼字，對(duì)于長(zhǎng)碼而言捕獲時(shí)間不能忍受，一種 合理的策略是采用串并組合捕獲方案，在捕獲時(shí)間和硬件復(fù)雜度之間取得折 衷。文獻(xiàn) 2 6 構(gòu)造了一個(gè)輔助序列，它與擴(kuò)頻序列互相關(guān)函數(shù)在憋個(gè)相位區(qū) 間呈三角形；文獻(xiàn) 1 1 根據(jù)輔助序列良好的互相關(guān)特性，順序搜索等分相位 區(qū)問(wèn)，直到找到同步區(qū)間，然后進(jìn)行精確相位定位：本文利用其延遲鎖定環(huán) 路相位超前、滯后鑒別特性，引入二分法搜索策略，可以快速將相位不定區(qū) 間縮小到一個(gè)較小區(qū)間，然后進(jìn)行串行滑動(dòng)相關(guān)捕獲以精確定位外來(lái)相位。 基于f f t 的l e o 衛(wèi)星通信等高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的快捕技術(shù)研究。 衛(wèi)星通信是以空間技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，靠大氣層外衛(wèi)星的中繼來(lái)實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。載有信息的無(wú)線電波需要穿過(guò)大氣層，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的距離在地面 簽端和衛(wèi)星間傳播。無(wú)線通信信道的特性對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有至關(guān)重要的影 響。與其它通信信道相比，無(wú)線信道是最為復(fù)雜的一種。信道中傳輸環(huán)境十 分惡劣，電波的傳輸受到大幅度衰減和多種噪聲及干擾的影響，并且還隨著 收發(fā)終端的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，具有時(shí)變性和隨機(jī)性。移動(dòng)衛(wèi)星通信信道，特 別是低軌道系統(tǒng)的信道，信道傳輸中不可忽略的多普勒效應(yīng)更是一個(gè)顯著特 點(diǎn)。目前在這種高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的碼捕獲需在整個(gè)碼相位及頻域上以固定間隔 進(jìn)行二維搜索“”，這給偽碼序列快速捕獲帶來(lái)了困難。順序搜索法硬件簡(jiǎn) 單，但是捕獲時(shí)間長(zhǎng)；并行相關(guān)搜索雖然提高了捕獲的速度，但卻是以硬件 復(fù)雜度為代價(jià)。本文從多普勒頻移檢測(cè)角度出發(fā)，研究了f f t 捕獲方案，實(shí) 現(xiàn)了偽碼序列的快速捕獲。 5 4 x x 多i ) s p 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。 針對(duì)本文提出的兩種捕獲方案設(shè)計(jì)了一個(gè)5 4 x x 多d s p 硬件平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn) 復(fù)數(shù)f f t 、輔助序列發(fā)生等幾個(gè)關(guān)鍵算法。d s p 之間設(shè)計(jì)了主機(jī)接口、增強(qiáng)緩 沖串口和f i f o 等多種通信方式；采用了j t a g 環(huán)形鏈調(diào)試模式設(shè)計(jì)，使用一 個(gè)j t a g 接口進(jìn)行多d s p 調(diào)試；主d s p 使用并行r o m 自舉方式，從d s p 采取主 機(jī)接口自舉方式，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，合理使用了硬件資源。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章擴(kuò)頻碼同步 擴(kuò)頻碼的同步分為兩步，即碼捕獲與碼跟蹤。碼跟蹤即輸入和本地碼之 間的相對(duì)時(shí)延f 在跟蹤范圍之內(nèi)的碼同步問(wèn)題。通常該范圍定義為r r 2 ， r 為碼片周期。然而，輸入與本地碼之間的初始時(shí)延r 通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了跟蹤 范圍，必須使用一種獨(dú)立且完全不同于同步跟蹤的算法來(lái)將時(shí)延減小到跟蹤 的范圍之內(nèi)。應(yīng)用最廣的一種碼捕獲算法稱為串行滑動(dòng)相關(guān)法，即在擴(kuò)頻碼 時(shí)延的不定范圍內(nèi)等增量逐步改變本地?cái)U(kuò)頻碼的相位，直到找至相位同步位 置的串行搜索方法。 帶來(lái)捕獲過(guò)程隨機(jī)性的因素有：碼相位偏移的初始不確定性、信道畸變 ( 即衰落信道) 、噪聲與干擾( 即窄帶與多用戶干擾) 、未知的載波相位( 非 相干接收) 與多普勒頻移、碼的部分相關(guān)性。 捕獲系統(tǒng)的設(shè)置包括門(mén)限設(shè)置、相關(guān)器時(shí)間長(zhǎng)度、每碼片測(cè)試次數(shù)、搜 索策略及校驗(yàn)邏輯。對(duì)于一最佳的測(cè)試，應(yīng)考慮到一些重要參數(shù)如s n r 、碼 速率、碼長(zhǎng)度、碼不定性區(qū)間和懲罰時(shí)間系數(shù)等。至于碼捕獲性能測(cè)量，最 主要的參數(shù)是用于捕獲的隨機(jī)時(shí)間z 二及其統(tǒng)計(jì)特性，可分為兩種基本情形。 情形i ，希望盡可能快的捕獲，但沒(méi)有絕對(duì)的時(shí)闊限制( 終止時(shí)間正。) ， 當(dāng)發(fā)射波形總是存在時(shí)，如衛(wèi)星定位系統(tǒng)即屬于該種情形。 情形i i ，對(duì)于“即插即用”式和其它基于分組或幀的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在某一 時(shí)問(wèn)間隔t 。之后開(kāi)始發(fā)送，7 島表示前導(dǎo)的結(jié)束。 于是情形i i 中，必須在定的時(shí)間內(nèi)獲得高的捕獲概率，否則通信無(wú)法 進(jìn)行。為更好的表征兩種情形以鑒別出一種好的誕撣方法，需獲得咒。的累 計(jì)概率分布函數(shù)( c p ) f ) 辱。它可同時(shí)解決平均捕獲時(shí)間e 戮0 與方差 - l l i a r 疋。 評(píng)估問(wèn)題( 情形i ) 。對(duì)情形i i ，相應(yīng)的性能測(cè)量為即時(shí)捕獲概率 p r t a c q t s t o p = 。( 咒) 。 一旦擴(kuò)頻接收機(jī)捕獲了接收的擴(kuò)頻碼信號(hào)后，本地參考信號(hào)必須準(zhǔn)確跟 蹤接收信號(hào)。本地參考信號(hào)的跟蹤包括頻率和碼相位跟蹤，頻率跟蹤采用鎖 相技術(shù)，已有許多文獻(xiàn)和專著討論鎖相技術(shù)，本章只討論碼相位跟蹤。 4 哈爾濱工程大學(xué)碩：t 學(xué)位論文 2 1 變換域分析方法 大量文獻(xiàn)和研究致力于碼捕獲的性能分析，旨在通過(guò)合適的參數(shù)選擇， 如捕獲檢測(cè)器的門(mén)限值、搜索策略等，來(lái)使性能達(dá)到最佳( 如最小捕獲時(shí)間) 。 目前有兩種一般的分析路徑：時(shí)域組合技術(shù)和變換域技術(shù)( 或環(huán)形狀態(tài)圖) 。 前者以總的概率作為自變量，在某些情況下更快更淺顯一些，而后者似乎更 為系統(tǒng)，能處理復(fù)雜的搜索技術(shù)。 碼捕獲判決過(guò)程可用信號(hào)流圖來(lái)表示。每單元用流圖的一節(jié)點(diǎn)表示，節(jié) 點(diǎn)問(wèn)的轉(zhuǎn)移依賴于給定單元的判決結(jié)果。節(jié)點(diǎn)問(wèn)通過(guò)分支相連，這種轉(zhuǎn)移稱 為轉(zhuǎn)移函數(shù)。為推導(dǎo)變換域的運(yùn)算，考慮圖2 1 所示的簡(jiǎn)單模型。 o 一o 一o 圈2 1 信號(hào)流圖 首先來(lái)估計(jì)在t 秒內(nèi)從口到c 的轉(zhuǎn)移概率p 。( f ) 。引人附加變量f 來(lái)表示 以概率p 。( r ) 從口轉(zhuǎn)移到b 所需時(shí)間。參數(shù)p 。( ，f ) 表示在用r 秒從a 轉(zhuǎn)移到 b 的假設(shè)條件下在t 秒內(nèi)從a 到c 的概率，它表示為 氣( r ，f ) = 氣( f ) 危。( f f ) ( 2 - 1 ) 進(jìn)一步有 氣( f ) = i 氣( f ，r ) 如= i 氣( r ) ( f r 脅= 氣( f ) + r 。( f ) ( 2 2 ) 即總的概率p 。( f ) 是兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移概率p 。與島。的卷積。顯然，當(dāng)流圖 節(jié)點(diǎn)數(shù)很大時(shí)須進(jìn)行多次卷積運(yùn)算，計(jì)算復(fù)雜度大，因此，轉(zhuǎn)換到拉氏變換 域( 對(duì)連續(xù)變量) 或z 變換域( 對(duì)離散變量) 會(huì)使分析大為簡(jiǎn)化。于是有 fjj 名( 0 ，) = 匕( o r ) 只。( d ，) ( 2 - 3 ) 多次卷積變?yōu)槎啻纬朔e，因而簡(jiǎn)化了運(yùn)算。大多數(shù)情況下，我們對(duì)每測(cè)試單 元用于產(chǎn)生判決變量的積分時(shí)間恒定的情況感興趣，此時(shí)判決過(guò)程流圖可用 z 變換來(lái)表示。若p 。( h ) 表示用”步從節(jié)點(diǎn)f 轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)，的概率，那么z 變 換為 島( z ) = z ”p f o ) ( 2 4 ) n = 0 稱之為“生成函數(shù)”或幾何變換。該函數(shù)的一階和二階導(dǎo)數(shù)為 哈爾濱i ：程入學(xué)碩士學(xué)位論文 a-po(az)：妻印f(nz 7 篇” 魯乞(加意呦刪pf，(桫一zoz 2 p 急” 叫蜘v v 。 從節(jié)點(diǎn)i 轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)j 就所需的平均步數(shù)為 平均時(shí)問(wèn)為 五=寶印，(n)=魯o(z)bn=0 i = 瓦= 訂= ( 毫刪。卜 ( 2 - 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 罐) 7 1 為生成判決變量的單位觀察時(shí)間。定義方差為 仃；= ( 2 一門(mén)) 7 2( 2 9 ) 注意到生成函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)可表示為 號(hào)弓( 址，= h 2 p ( ) 一即口( n ) = 療2 - 一n ( 2 1 0 ) 于是f 。的方差可表示為 班i 掣+ 掣_ f 掣m r 2 p t - ， 2 2 串行滑動(dòng)相關(guān)法 滑動(dòng)相關(guān)法是擴(kuò)頻系統(tǒng)采用較多的偽碼捕獲方法，接收信號(hào)及噪聲與本 地參考偽碼相乘，然后通過(guò)一個(gè)積分器，再把積分器的結(jié)果送入門(mén)限檢測(cè)器 進(jìn)行判決，小于門(mén)限則按順序改變參考偽碼的相位并清除積分，繼續(xù)判決直 到大于門(mén)限?；瑒?dòng)相關(guān)捕獲系統(tǒng)框圖如圖2 2 所示。 圖2 2 滑動(dòng)相關(guān)捕獲系統(tǒng)框圖 6 哈爾濱t 程大學(xué)碩十學(xué)位論文 “( ，) = 2 4 萬(wàn)c ( t f ) + # ( ，) ( 2 1 2 ) 其中，p 為平均信號(hào)功率，z ( f ) 是雙邊功率譜密度為n o 2 的加性白高斯噪聲， 自相關(guān)函數(shù)e 矗( f f ) = ( f ) = n 。5 ( r ) 2 ，c ( f ) 是擴(kuò)頻碼波形，其表示為 c ( f ) = q ( f 一 疋)( 2 一1 3 ) 其中吒為偽碼序列( 周期為) 第k 個(gè)元素，只，( ) 為區(qū)間 毋明上的單位幅 度矩形脈沖信號(hào)。c ( f ) 的自相關(guān)函數(shù)為 。卜壺j 郇q 岫 寸掣n n陸2 1 一 、。7 【 。 。 相關(guān)積分輸出，( f ，f ，) = 卜( f 弦( f o a t = j ( f ) + j 7 ，( ，f ，) ( 2 - 】5 ) e p s ( t ，f ，) 為期望信號(hào)，而鞏p ，f ，) 為高斯噪聲分量，分別寫(xiě)為 s ) = 廚如一撇一o d t ( 2 - 1 6 ) g q , r , e ) 2j z p w 一力者 ( 2 _ 1 7 ) r y ( t 旬的方差：五r 五( 咖( ，一) 哆 2 ) 的方差= 五jp ( 咖( ，一) 西i 2 d”7”弘c口弦c口一旬zc，cc盧一，)dodfl0 0 1 = 叫z ( 咖 一) 邶) c ( 盧一j = f p k ( 口) z ( p ) 】e k ( 盯一) c ( 一) l l 翻妒( 2 - 18 ) = 告n 。l1 6 姬p ) r 。t 口一8 ) d 硎j 8 = n n o t ，2 哈爾濱一 程大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 2 性能分析 捕獲性能包括正確捕獲概率、虛警概率、平均捕獲時(shí)間。正確捕獲概率只 指當(dāng)輸入擴(kuò)頻碼與本地?cái)U(kuò)頻碼同步時(shí)，捕獲系統(tǒng)正確指示同步的概率：虛警 概率吒指當(dāng)輸入擴(kuò)頻碼與本地?cái)U(kuò)頻碼不同步時(shí)，捕獲系統(tǒng)錯(cuò)誤指示同步的概 率，退出虛警時(shí)間補(bǔ)償系數(shù)為群。捕獲概率和虛警概率都與輸入信噪比s n r 有關(guān)，s n r = 2 e l n 。由文獻(xiàn)【2 6 】直接寫(xiě)出b 和數(shù)值表達(dá)式如下： 只刈等)(2-19)q n 矗 k = 擊薈中( 等) ( 2 - z 0 ) 式中f = f ，( i t ) ，稱為歸一化門(mén)限，中( ) 是標(biāo)準(zhǔn)高斯隨機(jī)變量的分布函數(shù)。 從上式看到，匕是對(duì)于_ ，i 的平均虛警概率。給定參數(shù)巧和e ；o 和之后，由 上面兩式即可求得療、f 、f 。上式丑和厶定義為 l ( n ，y ) = ( 1 一y i ) h + c k c h 帥) ( 2 2 1 ) 3 , o ( n ，y ，) = ( 1 - i ，j ) c t c h + iyl c i c h 一( ，) ( 2 2 2 ) 式中一0 5 a 0 5 ，= 【- ( - 1 ) 2 ，- 2 ，- 1 ，+ 1 ，+ 2 ，( n - 1 ) 2 】。 從式( 2 2 1 ) 、( 2 2 2 ) 知，捕獲概率只和虛警概率匕都是判決f q l 駁f 、 積分時(shí)間n 和輸入信噪比s n r 的函數(shù)。在一定判決門(mén)限r(nóng) 下，積分時(shí)間n 越 大，捕獲概率只越高 判決門(mén)限較小時(shí)，捕獲概率b 變高，然而虛警概率以 也會(huì)較高。圖2 3 是根據(jù)式( 2 1 9 ) 、( 2 2 0 ) 得到的數(shù)值分析曲線。 下面求解平均捕獲時(shí)間和捕獲方差。捕獲系統(tǒng)狀態(tài)定義為 s t a t e 0 - - 川s 等s t a t e j - - ( j o 5 ) l 川曼( ，一o 5 ) 疋j = 1 ，2 ，n 一1 0i23n - l 卜- i + _ - _ _ 卜一- 一- + - _ _ _ | - 專卜e ， 生至墨墨堡型7 搜索方向 圖2 3 捕獲系統(tǒng)狀態(tài)圖 哈爾濱工穰人學(xué)碩七學(xué)位論文 歸一化判澍1 限r(nóng) 歸一化判洳 限f 。 圖2 4 巴和咒數(shù)值分析曲線 圖2 3 中e ，= r 一，為輸入與本地?cái)U(kuò)頻碼的相位差。總的狀態(tài)數(shù)是，其中 狀態(tài)0 是同步狀態(tài)，捕獲系統(tǒng)應(yīng)該正確檢測(cè)。每個(gè)狀態(tài)的出現(xiàn)概率相等且為 1 只= 7 j = 0 , 1 ，二，2 一，一1( 2 2 3 ) v 滑動(dòng)相關(guān)捕獲過(guò)程是一個(gè)馬爾可夫過(guò)程，可以用流圖2 5 來(lái)表示。捕獲等概 率起始于任何一個(gè)狀態(tài)。在狀態(tài) 不出現(xiàn)虛警的概率是( 1 - e j o ) ，這要用一 個(gè)單位積分時(shí)間，如果沒(méi)有出現(xiàn)虛警，則捕獲轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)，_ j 。在狀態(tài) j ，出現(xiàn)虛警的概率是，這也要用一個(gè)單位積分時(shí)間。同時(shí)，在捕獲重新 開(kāi)始前還要用掉k 。個(gè)單位懲罰時(shí)間。狀態(tài)，到狀態(tài)產(chǎn)的傳輸函數(shù)為 - ( z ) = 圪z + ( 1 一既) z( 2 - 2 4 ) 假設(shè)搜索開(kāi)始于狀態(tài)m ，求解狀態(tài)r y t 到捕獲狀態(tài)的傳輸函數(shù)u 。( z ) 。利 用流圖化簡(jiǎn)公式得到圖2 6 寸辟鼙熬堪 奇獵警霸魍 哈爾濱二r = 程大學(xué)碩十學(xué)位論文 圖2 5 系統(tǒng)捕獲流圖 mh 6 ( z ) 0 圖2 6 支路l 。流圖 其中：h 。( z ) = 巳，6 ( z ) = h “( z ) ，h 。( z ) = ( 1 一只z ) h “。( z ) 。 則 系統(tǒng)傳輸函數(shù) u ( z 、 p m h ”t z 、 1 一( 1 一巳z ) h “1 ( z ) 只z 己h “( = ) 1 一( 1 一只z ) h “( z ) 1 0 r 2 - 2 5 ) 佗一2 6 ) 哈爾濱1 ：程大學(xué)碩士學(xué)位論文 a 。b 、 a b i l 矗矗 i 1 五 n n 1 2 d + 6 1 1力 b 7 c a b 血一乞考專毛 i - 6 c x z 一一刀 圖2 7 流圖化簡(jiǎn)公式 由式( 2 8 ) 和式( 2 一i i ) 分別計(jì)算平均捕獲時(shí)間氣m 和方差盯。2 。，有 經(jīng)整理可得”6 瓦w = 瓦0 牝耐。 盯= 學(xué)+ i o u ( z ) 一( 剖2 ：= l 。耵 ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) f：堡墜型罷塑型峨(2-29)。rial 1 一了了一“。 盯三礦( ”) f f l 可l - p d + ( ，( ( 1 + k ，筆+ 舛) 等也k p + 1 ) 2 螻等幽 2 3 碼跟蹤及其性能 + 鍘q 。3 擴(kuò)頻系統(tǒng)的碼跟蹤回路可以分成兩大類，一類是利用接收信號(hào)相位信息 的相干碼跟蹤回路；一類是不利用接收信號(hào)相位信息的非相干碼跟蹤回路。 不管哪一種，相位鑒別器都要利用接收信號(hào)和本地參考信號(hào)兩個(gè)不同相位( 超 哈爾濱 ：程夫?qū)W碩士學(xué)位論文 前和滯后) 之間的相關(guān)運(yùn)算。相關(guān)運(yùn)算可以利用兩個(gè)獨(dú)立相關(guān)器，也可以利 用時(shí)分單相關(guān)器來(lái)完成。用兩個(gè)獨(dú)立相關(guān)器的碼跟蹤回路稱為全時(shí)問(wèn)超前一 滯后跟蹤回路；用單個(gè)相關(guān)器的跟蹤回路稱為f 抖動(dòng)超前一滯后跟蹤回路。設(shè) 汁在噪聲環(huán)境下的碼跟蹤回路帶寬要在均方跟蹤誤差和跟蹤動(dòng)態(tài)性能之間進(jìn) 行折衷。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之問(wèn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳輸延遲乃實(shí)際上是時(shí)問(wèn)f 的函數(shù)r ，( r ) 。碼跟蹤回路就要跟蹤這個(gè)時(shí)間函數(shù)，回路帶寬大，跟蹤動(dòng)態(tài)性 能好；帶寬窄，跟蹤抖動(dòng)小。碼時(shí)鐘不匹配對(duì)碼跟蹤有嚴(yán)重影響，有可能引 起系統(tǒng)失鎖，使系統(tǒng)重新進(jìn)入搜索捕獲狀態(tài)。 2 3 1 基帶全時(shí)間超前一滯后跟蹤環(huán) 基帶全時(shí)間超前一滯后跟蹤回路由相位鑒別器、回路濾波器、壓控振蕩 器v c 0 和碼發(fā)生器組成。這種跟蹤回路的框圖示于圖2 8 。輸入信號(hào)分成兩 路：一路同超前本地參考碼c ( f 一艿+ ( a 2 ) l ) 相關(guān)；另一路同滯后本地參考 碼c ( 卜乃一( z l 2 ) l ) 相關(guān)。參量是前、后鑒別器通道之間歸一化時(shí)間差。 先討論無(wú)噪聲情況鑒別器的工作，從而得到鑒別器特性曲線。由圖2 8 鑒別器輸出是前、后相關(guān)器輸出m ( f ) 和北( f ) 之差，即 ( f ，乃，乃) = y ：( f ，乃，乃) 一m ( ，乃，乃) 咄屆( 心) k 元一細(xì)- c ( ，一元+ 銣 g 3 d 圖2 8 基帶超前一滯后跟蹤回路框圖 哈爾濱。i ：稃人學(xué)碩士學(xué)位論文 進(jìn)一步將p 化兄，藝) 表示成直流分量和時(shí)變分量，即 g ( f ，瓦，艿) = k 。p d 。( 乃，) + k p 。( t ，l ，l ) ( 2 3 2 ) 一玨擊曼) c ( f 辦i a t 。) - c ( t - 藝+ 劉p 。， = r ?！? 艿一a 2 ) lj r ?！? 巧+ a 2 ) l j = d a ( 6 ) 其中，r 。( ) 是c ( f ) 的自相關(guān)函數(shù)，d = ( 乃一亢) 疋是相對(duì)時(shí)延誤差。直流分 量 i - p d a ( t d ，元) 是用于碼跟蹤的誤差信號(hào)，它是占( ，乃，) 的時(shí)間平均值。 時(shí)變分量k ，p | v 。( f ，乃，元) 稱為碼自噪聲。由于自噪聲中絕大部分頻率分量 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出跟蹤回路通帶，而且擴(kuò)頻系統(tǒng)通常要在強(qiáng)噪聲環(huán)境下工作，這種情 況下自噪聲遠(yuǎn)低于干擾或熱噪聲，所以在碼跟蹤回路分析中，自噪聲可以不 予考慮。 對(duì)于c ( o 是m 序列和不同的值，d 。( 6 ) 函數(shù)圖形示于圖2 9 。從圖中可 以看出，在艿= 0 附近的一定范圍內(nèi)，d ( 6 ) 和j 是線性關(guān)系。通常把這個(gè)范 圍作為跟蹤回路的正常工作區(qū)域。對(duì)0 a 2 ，在j = 0 附近鑒別器特性曲 線斜率是2 ( 1 + i n ) 。對(duì)1 和1 a 2 ，鑒別器特性斜率是2 ( 1 + 1 ) 的區(qū) 域分別為i 艿峰a 2 和l 萬(wàn)峰1 一a 2 。這個(gè)區(qū)域在a = 1 時(shí)達(dá)到最大，在a = 2 減 小到零。 d t t ( o d0 + 1 ，叼 1 2 1鈴j ( 1 + 1 腑聳 21 v 12占 i “t 0 + 1 ， d 21 於 v 12j d ( 國(guó) 伏 一2 1 2- 1 v 1 2 占 圖2 9 對(duì)m 序列和不同值得鑒別器直流輸出 1 3 f o ，乃，乞) = t f 【d 。( 占) + n 。( f ，乃，允) 】 + ，n ( ，) c ( ，一元一會(huì)l ) 一c ( ，一元+ 會(huì)t ) 佇。3 4 忽略自噪聲，上式變?yōu)?s ( ，乃，冗) = 島扛| d 。( 艿) “( 0 4 e j ( 2 - 3 5 ) 式中 ( f ) = ”( f ) ic ( ，一一會(huì)t ) 一c 。一允+ 會(huì)疋) | ( 2 - 3 6 ) 為了計(jì)算跟蹤回路的噪聲性能，需要計(jì)算( f ) 的功率譜。這可以通過(guò)計(jì) 算( r ) 的自相關(guān)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在確定( f ) 的自相關(guān)函數(shù)時(shí)，把元看成隨機(jī) 量，一( f ) 當(dāng)作平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。 r ，( r ) = e ”( f ) n o + r ) l c ( f 力一會(huì)疋) 一c o 一覽+ 會(huì)t ) 。 ：。+ ，一元一舍t(yī) ，一。( f + ，一+ 舍t(yī) ， 。 2 3 7 考慮到噪聲打和擴(kuò)譜碼c ( f ) 相互獨(dú)立，上式成為 月一( r ) = e k ( ，) 胛( r + r ) 忙 lc ( f 一覽一舍疋) 一c o 一只+ 會(huì)t ) l 。 。+ ，一覽一莖t ，一。( f + ，一元+ 會(huì)t ， 。 2 3 8 假設(shè)是h ( f ) 雙邊譜密度為n 。2 的高斯白噪聲，則 e k h f ) 】= 丁n o 荊( 2 - 3 9 ) 將式( 2 3 9 ) 代入式( 2 - 3 8 ) 式再利用占一函數(shù)的性質(zhì)，式( 2 3 8 ) 變?yōu)?尺r ，= - 誓- 6 ( r ) e c o 一亢一舍l ) - r ( t - 亢+ 舍疋， 2 = 等即忤2 ”元一劃?！笔畡漜 z 刪 一z e ic ( ，一覽一會(huì)) c o 一亢+ 會(huì)t ) l 1 4 哈爾濱l ：程人學(xué)碩十學(xué)位論文 卜式中利用了擴(kuò)頻碼取值土1 ，c 2 0 ) = 1 。由刪序列自相關(guān)函數(shù)性質(zhì)，上式 表示為 r 。( r ) = l n 。o j d ( ( ，r ) ) ( ( 1 1 + + l l n ) ) ：三會(huì)三； ( 2 4 1 ) 對(duì)上式求傅里葉變換，得r ( f ) 的雙邊譜密度 凡c 艫 篙_ 揣撼三 p 。z ， 由上式可以看出( f ) 仍是白噪聲，但不再是高斯噪聲。這可由式( 2 - 3 6 ) 看 出，其中【c ( f 一覽一會(huì)t ) 一c o + 會(huì)t ) 】是一個(gè)取值土2 和。的周期函數(shù)。 這樣，我們已對(duì)延時(shí)鎖定鑒別器做了充分研究，接下來(lái)可從壓控振蕩器 方程出發(fā)建立整個(gè)跟蹤環(huán)路的回路方程，并設(shè)回路濾波器是線性時(shí)不變的。 得到跟蹤回路的非線性積分方程之后，由于小的跟蹤誤差下鑒別器輸出是跟 蹤誤差的線性函數(shù)，所以進(jìn)一步簡(jiǎn)化得到基帶全時(shí)間超前一滯后跟蹤回路的 線性等效電路。最終得到跟蹤回路的閉環(huán)傳輸函數(shù)為 日( s ) ：互：笠墨坐! ( 2 4 3 )日( s ) = 衛(wèi)= j 塑塹旦 ( 2 一瓦s + k a g 。f ( s ) 、 式中k d = k # 2 0 + 1 ) 。 對(duì)擴(kuò)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要的是碼均方跟蹤誤差( 或叫跟蹤抖動(dòng)) 同信噪比 的關(guān)系。跟蹤抖動(dòng)的功率譜密度由下式給出 s ，( f ) = ih ( j 2 z f ) 1 2s ，( ，)( 2 - 4 4 ) 式中邑( ，) = 一( ，) - k ，2 k 2 ，進(jìn)一步跟蹤誤差j 的方差盯；寫(xiě)為 盯；2 ih ( j 2 n f ) 1 2s 一( f ) d f 協(xié)4 5 1 = s ，( ，) i ih ( j 2 礦) 1 2 矽= s ，( ，) 上式定義雙邊噪聲帶寬睨= 【jh ( j 2 z f ) 1 2d f ，跟蹤抖動(dòng)最后表示為 5 爹3 ： 。c 1 + 亨，睨 l 2 。：?；?三 吾 2 oc t + 專，睨 。 u w 晗爾濱丁程大學(xué)碩十學(xué)位論文 由上式可以看出，跟蹤誤差方差在a l 時(shí)隨的減小而減小。這是因?yàn)?對(duì)a 1 ，隨減小鑒別特性斜率保持不變，而由于前碼和后碼重迭增加而使 式2 。3 5 的輸入噪聲1 1 ( f ) 減小的緣故。將k 。= k 。4 t 2 0 + l ) 代入上式，令 回路帶寬內(nèi)的信噪比p 。= p ( 孵n 。2 ) ，上式變?yōu)?毒c 寺， l “ p 。， 去高，0 1 時(shí) 1， 仃；= 0 + 二) ( 2 5 1 ) z , o lp f 式中見(jiàn)= p ，( 既o 2 ) ，p 掃= p ( 0 吼) 分別是在回路帶寬和中頻濾波器帶 寬內(nèi)的信嗓比。將式( 2 - 5 1 ) 和式( 2 一- 4 7 ) 比較，式( 2 5 1 ) 中多了一個(gè)括 號(hào)中的第二項(xiàng)，這是非相干回路中用了平方運(yùn)算的結(jié)果。 2 3 3r 抖動(dòng)超前一滯后非相干跟蹤回路 前一節(jié)討論的超前一滯后非相干跟蹤回路雖然在擴(kuò)頻系統(tǒng)中獲得了廣泛 的應(yīng)用。但是，它存在兩個(gè)中頻通道必須精確平衡和代價(jià)較高的問(wèn)題。前、 后通道的不平衡將引起鑒另i 特性的失配誤差。本節(jié)要討論的r 抖動(dòng)超前一滯 后非相干跟蹤回路正是為克服上述缺點(diǎn)而提出來(lái)的，見(jiàn)圖2 1l 。這種時(shí)分單 相關(guān)通道跟蹤回路雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但分析起來(lái)比較復(fù)雜。 除了鑒別器外，這個(gè)回路同全時(shí)間跟蹤回路一樣。圖2 11 的鑒別器只有 一個(gè)相關(guān)通道，通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)g ( d 使這個(gè)單相關(guān)通道順序作前通道和后通道 使用。g ( t ) 是取值為土1 的頻率為正的方波。當(dāng)q ( t ) = 一1 時(shí)，擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器 上的開(kāi)關(guān)處于圖中右邊位置，相關(guān)器作為后相關(guān)器用；當(dāng)q ( t ) = + 1 時(shí)，開(kāi)關(guān) 處于左邊位置，相關(guān)器作為前相關(guān)器用。開(kāi)關(guān)信號(hào)g ( t ) 還加在平方電路輸出 端的乘法電路上。這一相乘起了符號(hào)翻轉(zhuǎn)作用，這是為了從前自相關(guān)函數(shù)和 1 7 哈爾濱： 程大學(xué)碩士學(xué)位論文 砸一乃 圖2 1 1f 抖動(dòng)超前一滯后非相于跟蹤回路 當(dāng)= 1 0 ， 1 和正= b 。4 時(shí)，均方跟蹤誤差為 2 ：士( 1 8 11+3261)(2-52) zpi,pm 將式( 2 - 5 2 ) 和式( 2 - 5 1 ) 作比較可以看出，f 一抖動(dòng)回路的優(yōu)點(diǎn)確實(shí) 是由于犧牲了跟蹤回路的噪聲性能換來(lái)的。為此，霍甫金斯( h o p k i n s ) 提出雙 抖動(dòng)超前一滯后非相干跟蹤回路，它既能解決全時(shí)間跟蹤回路的兩路增益平 衡問(wèn)題，又能解決f 抖動(dòng)回路使噪聲性能變壞問(wèn)題，所要付出的代價(jià)是硬件 實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜化。 2 4 小結(jié) 本章討論了擴(kuò)頻碼同步即碼捕獲與碼跟蹤兩個(gè)內(nèi)容，對(duì)變換域分析方法 進(jìn)行了研究。應(yīng)用變換域分析對(duì)串行滑動(dòng)相關(guān)捕獲性能進(jìn)行了評(píng)估。分析比 較了相干、非相干全時(shí)間回路和r 一抖動(dòng)回路實(shí)現(xiàn)原理和性能。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 第3 章基于輔助序列的快速同步 目前使用的擴(kuò)頻捕獲方法很多，從實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上可分為并行捕獲、串行捕 獲和兼有并行結(jié)構(gòu)與串行結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)捕獲：從處理域上可分為時(shí)域捕獲、 頻域捕獲；從解擴(kuò)運(yùn)算方法上可分為基于相關(guān)器的捕獲和基于匹配濾波器的 捕獲；對(duì)于基于相關(guān)器的捕獲，又可分為固定相關(guān)長(zhǎng)度檢測(cè)和可變相關(guān)長(zhǎng)度、。 的序貫檢測(cè)等。就實(shí)質(zhì)而言，各種捕獲技術(shù)本質(zhì)上均是利用偽碼的自相特性，( 由本地產(chǎn)生個(gè)偽碼復(fù)本與接收偽碼相關(guān)積分，如果門(mén)限檢測(cè)識(shí)別出相關(guān)峰 則捕獲完成。輔助序列捕獲方法則不同，它采用輔助序列代替?zhèn)未a序列與接 收信號(hào)相關(guān)并以次獲得相位差信息，加快了捕獲進(jìn)程。 刪= 。矍n f - ，2 ) 2 陴l 嘶h 功 p j = & ( f 一圮) ( 3 1 ) 其中 鏟警2p 尋一帆一。 ( 3 _ 2 ) * f 一3 1 ，2 l j 疋 髫攀2 瓢訓(xùn) s ， ：掣”f 塑一l 研矗+ 。r ) 、 一紐螄2 l 1 j “。 “ 川m 幽一籌川山 ( 3 4 ，t 4 ni 1 - 、2 k 皓：，筮訃i 。噠 邙q 。4 v2 2 哈爾濱1 ：程大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 們 j 叭?焉j 私 一憾 y 懈以j 4 | 璺| 3 1 互相關(guān)函數(shù)曲線示意圖 由圖3 1 可知，互相關(guān)函數(shù)覆蓋了整個(gè)相位延遲區(qū)間。取一個(gè)完整的相 位周期區(qū)間i 一蘭疋，蘭ll ，互相關(guān)函數(shù)具有偶對(duì)稱性，且為相位延遲的線性 l 2 2 。j 函數(shù)，而偽碼信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)只在雁、負(fù)一個(gè)碼片醫(yī)闖才呈現(xiàn)這種特性。 當(dāng)無(wú)噪聲存在時(shí)，通過(guò)兩次互相關(guān)值即可確定本地偽碼與接收偽碼之間的相 位延遲：考慮噪聲的因素，實(shí)際互相關(guān)結(jié)果是真實(shí)互相關(guān)值的一個(gè)估計(jì)值， 從而也可以得到一個(gè)相位延遲估計(jì)。相對(duì)于目前的捕獲方法而言，基于輔助 序列捕獲方法就有了先驗(yàn)信息，從而可能加速捕獲進(jìn)程。 3 2 試錯(cuò)法捕獲 利用輸入偽碼信號(hào)與本地輔助信號(hào)相關(guān)值可以提供搜索方向信息的特 性，系統(tǒng)使用試錯(cuò)法獲得輸入偽碼信號(hào)相位所在高概率區(qū)間( 可稱同步區(qū)間) ， 由相位定位檢測(cè)器在此區(qū)間搜索準(zhǔn)確的同步相位。分析結(jié)果表明，同步進(jìn)程 明顯快于傳統(tǒng)的串行滑動(dòng)相關(guān)捕獲方法。 3 2 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和捕獲原理 捕獲期間采用未調(diào)制的導(dǎo)頻信號(hào)，高斯信道下接收到的相干解調(diào)后的直 接序列擴(kuò)頻信號(hào)基帶為 x ( f ) = 廚j ( f _ f ) + h ( ，)( 3 5 ) 其中，尸為平均信號(hào)功率；f 為接收信號(hào)的延時(shí)；櫛( f ) 為零均值白高斯噪聲 ( a w g n ) ，具有雙邊功率譜密度0 2 ；c ( t ) 為擴(kuò)頻信號(hào)。 從圖3 2 看，捕獲系統(tǒng)由相位區(qū)間估計(jì)器和相位定位檢測(cè)器組成。通常 情況下，系統(tǒng)缺少關(guān)于初始碼片的相對(duì)位置信息，設(shè)輸入信號(hào)的偽隨機(jī)碼相 哈爾濱工程人學(xué)碩十學(xué)位論文 位是均勻分布在f 0 ， 以1 上的隨機(jī)變量，其中：m 為p n 碼碼長(zhǎng)，z 為碼片周 期。系統(tǒng)中輸入信號(hào)的相位不定區(qū)間被均勻分成若干連續(xù)區(qū)間，每個(gè)區(qū)包含 個(gè)碼片單元，區(qū)間尺寸是相位區(qū)間估計(jì)器的搜索步長(zhǎng)。相位區(qū)間估計(jì)器 將輸入的擴(kuò)頻信號(hào)與系統(tǒng)產(chǎn)生的輔助信號(hào)相關(guān)，利用輔助信號(hào)與輸入信號(hào)互 相關(guān)值決定搜索方向，搜索策略采用試錯(cuò)法，用以加快搜索過(guò)程。 圖3 ，2 試錯(cuò)法捕獲系統(tǒng) 圖3 2 上半部分繪出了