1、 第六章第六章 同步技術(shù)同步技術(shù) 6.1 同步技術(shù)概述同步技術(shù)概述 擴(kuò)頻系統(tǒng)中，對同步來說存在兩類一般的擴(kuò)頻系統(tǒng)中，對同步來說存在兩類一般的不確定，即碼相位和載波頻率的不確定，在整不確定，即碼相位和載波頻率的不確定，在整個系統(tǒng)能夠正常工作之前必須解決這個不確定個系統(tǒng)能夠正常工作之前必須解決這個不確定性，否則系統(tǒng)就不能正常地接收擴(kuò)頻信號，碼性，否則系統(tǒng)就不能正常地接收擴(kuò)頻信號，碼相位的分辨率必須小于相位的分辨率必須小于1比特比特(切普切普)，從接收系，從接收系統(tǒng)看到的中心頻率的分辨率必須是擴(kuò)頻后的信統(tǒng)看到的中心頻率的分辨率必須是擴(kuò)頻后的信號落到相關(guān)濾波器的頻帶范圍內(nèi)，并且將本地號落到相關(guān)濾波器的

2、頻帶范圍內(nèi)，并且將本地載波頻率始終對準(zhǔn)輸入信號載波頻率，以便使載波頻率始終對準(zhǔn)輸入信號載波頻率，以便使解調(diào)器能正常工作，這就是解決碼相位和載波解調(diào)器能正常工作，這就是解決碼相位和載波頻率不確定性要達(dá)到的最起碼的要求。頻率不確定性要達(dá)到的最起碼的要求。 直擴(kuò)系統(tǒng)的同步包括：直擴(kuò)系統(tǒng)的同步包括：(1) 擴(kuò)頻碼同步：只有完成這一同步后，才擴(kuò)頻碼同步：只有完成這一同步后，才可能使相關(guān)解擴(kuò)后的有用信號落入中頻可能使相關(guān)解擴(kuò)后的有用信號落入中頻相關(guān)濾波器的通頻帶內(nèi)。相關(guān)濾波器的通頻帶內(nèi)。(2) 位同步：實(shí)際上包括擴(kuò)頻碼的切普同步位同步：實(shí)際上包括擴(kuò)頻碼的切普同步和傳輸信息的碼元定時同步。和傳輸信息的碼元定

3、時同步。(3) 幀同步：提取幀同步后，就可提取幀同幀同步：提取幀同步后，就可提取幀同步后面的信息。步后面的信息。 (4) 載波同步：直擴(kuò)系統(tǒng)多采用相干檢測，載波同步：直擴(kuò)系統(tǒng)多采用相干檢測，載波同步后，可為解調(diào)器提供同步載波；載波同步后，可為解調(diào)器提供同步載波；另一方面，保證解擴(kuò)后的信號落入中頻另一方面，保證解擴(kuò)后的信號落入中頻頻帶內(nèi)。頻帶內(nèi)。 一般的碼同步分為兩步進(jìn)行：一般的碼同步分為兩步進(jìn)行：(a)初始同步，或稱粗同步、捕獲。主要解決載波初始同步，或稱粗同步、捕獲。主要解決載波頻率和碼相位的不確定性，保證解擴(kuò)后的信號頻率和碼相位的不確定性，保證解擴(kuò)后的信號能通過相關(guān)器后面的中頻濾波器，這是

4、所有問能通過相關(guān)器后面的中頻濾波器，這是所有問題中最難解決的問題。當(dāng)同步已經(jīng)建立時，通題中最難解決的問題。當(dāng)同步已經(jīng)建立時，通?？梢愿鶕?jù)已得到的定時信息建立后面的同步。?？梢愿鶕?jù)已得到的定時信息建立后面的同步。 (b)跟蹤，或稱精同步。在初始同步的基礎(chǔ)上，跟蹤，或稱精同步。在初始同步的基礎(chǔ)上，使碼相位的誤差進(jìn)一步減小，保證本地碼的相使碼相位的誤差進(jìn)一步減小，保證本地碼的相位一直跟隨接收到的信號碼的相位，在一規(guī)定位一直跟隨接收到的信號碼的相位，在一規(guī)定的允許范圍內(nèi)變化，這種自動調(diào)節(jié)相位的作用的允許范圍內(nèi)變化，這種自動調(diào)節(jié)相位的作用過程就稱為跟蹤。過程就稱為跟蹤。 一般的同步系統(tǒng)的同步過程可用下圖

5、來一般的同步系統(tǒng)的同步過程可用下圖來描述。接收機(jī)對接收到的信號，首先進(jìn)行搜索，描述。接收機(jī)對接收到的信號，首先進(jìn)行搜索，對收到的信號與本地碼相位差的大小進(jìn)行判斷，對收到的信號與本地碼相位差的大小進(jìn)行判斷，若不滿足捕獲要求，即收發(fā)相位差大于一個碼若不滿足捕獲要求，即收發(fā)相位差大于一個碼元，則調(diào)整時鐘，再進(jìn)行搜索，直到使收發(fā)相元，則調(diào)整時鐘，再進(jìn)行搜索，直到使收發(fā)相位差小于一個碼元時，停止搜索，轉(zhuǎn)入跟蹤狀位差小于一個碼元時，停止搜索，轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。然后對捕捉到的信號進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)一步態(tài)。然后對捕捉到的信號進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)一步減小收發(fā)相位差到要求的誤差范圍內(nèi)，以滿足減小收發(fā)相位差到要求的誤差范圍內(nèi)，以

6、滿足系統(tǒng)解調(diào)的需要。與此同時，不斷地對同步信系統(tǒng)解調(diào)的需要。與此同時，不斷地對同步信號進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)同步信息丟失，馬上進(jìn)號進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)同步信息丟失，馬上進(jìn)入初始捕獲階段，進(jìn)行新的同步過程。入初始捕獲階段，進(jìn)行新的同步過程。 擴(kuò)頻碼同步流程圖擴(kuò)頻碼同步流程圖 調(diào)整時鐘搜索停止搜索捕獲轉(zhuǎn)入跟蹤跟蹤同步鎖定失步初始同步是否是否 接收機(jī)剛開始工作時，對所接收的信號的接收機(jī)剛開始工作時，對所接收的信號的頻率和相位只能大致確定一個范圍，這個范圍頻率和相位只能大致確定一個范圍，這個范圍主要根據(jù)發(fā)送和接收機(jī)的頻率與時鐘的相對差主要根據(jù)發(fā)送和接收機(jī)的頻率與時鐘的相對差值、信道傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定性、傳播時

7、延、以值、信道傳輸?shù)念l率不穩(wěn)定性、傳播時延、以及收發(fā)信機(jī)本身信號源與時鐘的穩(wěn)定度來決定及收發(fā)信機(jī)本身信號源與時鐘的穩(wěn)定度來決定的。初始同步的方法有很多，以相關(guān)檢測的捕的。初始同步的方法有很多，以相關(guān)檢測的捕獲、跟蹤環(huán)路為主，再一個就是利用匹配濾波獲、跟蹤環(huán)路為主，再一個就是利用匹配濾波器方法來實(shí)現(xiàn)。常用的初始同步方法有滑動相器方法來實(shí)現(xiàn)。常用的初始同步方法有滑動相關(guān)法、同步頭法、跳頻同步法、發(fā)射參考信號關(guān)法、同步頭法、跳頻同步法、發(fā)射參考信號法、發(fā)射公共時間基準(zhǔn)法、突發(fā)同步、用特殊法、發(fā)射公共時間基準(zhǔn)法、突發(fā)同步、用特殊碼型建立同步和匹配濾波器同步法等方法。碼型建立同步和匹配濾波器同步法等方法

8、。 6.2 擴(kuò)頻碼的同步捕獲擴(kuò)頻碼的同步捕獲 捕獲時間和限時捕獲概率捕獲時間和限時捕獲概率6.4 串行搜索的相關(guān)積分捕獲電路串行搜索的相關(guān)積分捕獲電路多重逗留積分檢測系統(tǒng)的三種轉(zhuǎn)移函數(shù)多重逗留積分檢測系統(tǒng)的三種轉(zhuǎn)移函數(shù)6.5 快速捕獲技術(shù)快速捕獲技術(shù)6.5.2 匹配濾波器同步捕獲匹配濾波器同步捕獲6.6 擴(kuò)頻碼的跟蹤擴(kuò)頻碼的跟蹤 一旦擴(kuò)頻接收機(jī)與接收信號同步后，一旦擴(kuò)頻接收機(jī)與接收信號同步后，就必須使它這樣工作下去：應(yīng)保持鎖定，就必須使它這樣工作下去：應(yīng)保持鎖定，用本地碼準(zhǔn)確地跟蹤輸入信號的用本地碼準(zhǔn)確地跟蹤輸入信號的PN碼，碼，為解擴(kuò)提供必要的條件；對同步情況不為解擴(kuò)提供必要的條件；對同步情

9、況不斷監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)失鎖，應(yīng)返回捕獲狀斷監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)失鎖，應(yīng)返回捕獲狀態(tài)，重新同步。跟蹤的基本方法是利用態(tài)，重新同步。跟蹤的基本方法是利用鎖相環(huán)來控制本地碼的時鐘相位，常用鎖相環(huán)來控制本地碼的時鐘相位，常用的跟蹤環(huán)是延遲鎖定環(huán)的跟蹤環(huán)是延遲鎖定環(huán)(DLL-Delay Lock Loop)，另一種稱為，另一種稱為-抖動環(huán)抖動環(huán)(Tan Dither Loop)。下面介紹幾種跟蹤環(huán)的工作原理。下面介紹幾種跟蹤環(huán)的工作原理。 (1) 延遲鎖定環(huán)延遲鎖定環(huán) 延遲鎖定環(huán)又叫早遲碼跟蹤環(huán)，圖延遲鎖定環(huán)又叫早遲碼跟蹤環(huán)，圖1-3是延遲鎖定環(huán)的原理圖。輸入的中頻信號是受是延遲鎖定環(huán)的原理圖。輸入的中頻信號是

10、受PN碼調(diào)制的信號碼調(diào)制的信號(也可以同時受信息調(diào)制也可以同時受信息調(diào)制)，本，本地地PN碼發(fā)生器碼發(fā)生器(也就是捕獲時的碼發(fā)生器的相也就是捕獲時的碼發(fā)生器的相位與輸入碼相位的差在一個位與輸入碼相位的差在一個PN碼的切普寬度碼的切普寬度內(nèi)內(nèi))的時鐘現(xiàn)由的時鐘現(xiàn)由VCO控制，其時鐘頻率與發(fā)端控制，其時鐘頻率與發(fā)端碼時鐘頻率相等。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)由兩路相關(guān)器組成，碼時鐘頻率相等。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)由兩路相關(guān)器組成，兩路相關(guān)器輸入的本地兩路相關(guān)器輸入的本地PN碼的相位差為分別碼的相位差為分別從碼發(fā)生器的第從碼發(fā)生器的第n級和第級和第n-1級輸出，這里。級輸出，這里。 跟蹤環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖跟蹤環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖 BPFBPF包絡(luò)

11、檢波包絡(luò)檢波NN-1環(huán)路濾波時鐘1VCO輸入信號12+-本地碼發(fā)生器(a)(c)(b) 下面來分析這種環(huán)路的跟蹤原理。設(shè)下面來分析這種環(huán)路的跟蹤原理。設(shè)本地碼與發(fā)端碼經(jīng)捕獲后的時差為本地碼與發(fā)端碼經(jīng)捕獲后的時差為 ， 應(yīng)小于應(yīng)小于PN碼的切普寬度碼的切普寬度 。圖。圖 (a)和和(b)為兩路相關(guān)器的輸出經(jīng)包絡(luò)檢波器檢為兩路相關(guān)器的輸出經(jīng)包絡(luò)檢波器檢波后的相關(guān)函數(shù)波形。由圖可以看出，波后的相關(guān)函數(shù)波形。由圖可以看出，兩個相關(guān)器的相關(guān)特性是相同的，差別兩個相關(guān)器的相關(guān)特性是相同的，差別在于其相對位置相差一個在于其相對位置相差一個 ，這是由所，這是由所加的本地參考碼的延遲所致。由于送入加的本地參考碼

12、的延遲所致。由于送入環(huán)路濾波器的信號是兩個相關(guān)器的差動環(huán)路濾波器的信號是兩個相關(guān)器的差動輸出信號，可得整個相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)函輸出信號，可得整個相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)函數(shù)波形或誤差函數(shù)波形，如下圖所示，數(shù)波形或誤差函數(shù)波形，如下圖所示，此特性即為延遲鎖定環(huán)的鑒相特性。此特性即為延遲鎖定環(huán)的鑒相特性。 cTDLL的相關(guān)波形的相關(guān)波形(a)(a)相關(guān)器相關(guān)器1 1的相關(guān)波形的相關(guān)波形 (b)(b)相關(guān)器相關(guān)器2 2的相關(guān)波形的相關(guān)波形 (c)(c)合成的相關(guān)波形合成的相關(guān)波形 220(a)(b)(c)22 圖中給出了跟蹤點(diǎn)的位置，令此時圖中給出了跟蹤點(diǎn)的位置，令此時的的 為坐標(biāo)原點(diǎn)，則由鎖相原理可知，為坐標(biāo)原

13、點(diǎn)，則由鎖相原理可知，當(dāng)當(dāng) 時則可以鎖定，即跟蹤范圍時則可以鎖定，即跟蹤范圍為為 。由于環(huán)路的反饋?zhàn)饔?，相。由于環(huán)路的反饋?zhàn)饔?，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波后，關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波后，控制控制VCO的輸出，從而調(diào)整本地的輸出，從而調(diào)整本地PN碼發(fā)碼發(fā)生器的相位，使剩余相差很小，即在生器的相位，使剩余相差很小，即在 0的附近工作。的附近工作。 222 由于這種環(huán)路的跟蹤范圍為由于這種環(huán)路的跟蹤范圍為 的一個范圍內(nèi)，故又稱之為單延遲鎖定環(huán)。的一個范圍內(nèi)，故又稱之為單延遲鎖定環(huán)。采用單采用單DLLDLL跟蹤環(huán)的解擴(kuò)單元跟蹤環(huán)的解擴(kuò)單元 22BPF中放解調(diào)PN碼發(fā)生器2cT輸入信號時鐘(

14、2) 雙雙 值延遲鎖定環(huán)值延遲鎖定環(huán) 雙雙 值延遲鎖定環(huán)的跟蹤原理與單值延值延遲鎖定環(huán)的跟蹤原理與單值延遲鎖定環(huán)相同，唯一的差別是用于兩個相關(guān)器遲鎖定環(huán)相同，唯一的差別是用于兩個相關(guān)器的本地參考碼的相位。在單值延遲鎖定環(huán)中是的本地參考碼的相位。在單值延遲鎖定環(huán)中是用本地用本地PN碼發(fā)生器的第碼發(fā)生器的第n級和第級和第n-1級的輸出分級的輸出分別與接收信號進(jìn)行相關(guān)，而雙值延遲鎖定環(huán)則別與接收信號進(jìn)行相關(guān)，而雙值延遲鎖定環(huán)則采用本地采用本地PN碼發(fā)生器的第碼發(fā)生器的第n級和第級和第n-2級的輸出級的輸出對接收信號進(jìn)行相關(guān)，如下圖所示。兩個相關(guān)對接收信號進(jìn)行相關(guān)，如下圖所示。兩個相關(guān)器的本地碼的相位

15、差為器的本地碼的相位差為2 。用與單值延遲鎖。用與單值延遲鎖定環(huán)相同的分析方法，可得兩個相關(guān)器的相關(guān)定環(huán)相同的分析方法，可得兩個相關(guān)器的相關(guān)波形和雙值延遲鎖定環(huán)的鑒相特性，如圖波形和雙值延遲鎖定環(huán)的鑒相特性，如圖下下所所示。由此可見，只要輸入示。由此可見，只要輸入PN碼與本地碼的時碼與本地碼的時差時差時 ，雙，雙 值延遲鎖定環(huán)就可以鎖定。值延遲鎖定環(huán)就可以鎖定。 雙雙 值值DLL的本地碼發(fā)生器的本地碼發(fā)生器 nn-1n-21到第2相關(guān)器到第1相關(guān)器到解擴(kuò)器雙雙 值值DLL的相關(guān)波形的相關(guān)波形 0(a)(b)(c)2222 將雙將雙 值延遲鎖定環(huán)與單值延遲鎖定環(huán)與單 值延遲鎖定環(huán)相值延遲鎖定環(huán)相比較，可以看出：比較，可以看出：(a)雙雙 值延遲鎖定環(huán)的跟蹤范圍比單值延遲鎖定環(huán)的跟蹤范圍比單 值延遲鎖值延遲鎖定環(huán)大一倍，即前者的跟蹤范圍為定環(huán)大一倍，即前者的跟蹤范圍為 ，后，后者為者為 ；(b)單單 值延遲鎖定環(huán)在跟蹤范圍內(nèi)相關(guān)函數(shù)的斜值延遲鎖定環(huán)在跟蹤范圍內(nèi)相關(guān)函數(shù)的斜率比雙率比雙 值延遲鎖定環(huán)的斜率大一倍，這意味值延遲鎖定環(huán)的斜率大一倍，這意味著單值延遲鎖定環(huán)控制靈敏度高。在同一時差著單值延遲鎖定環(huán)控制靈敏度高。在同一時差的條件下，單的條件下，單 值延遲鎖定環(huán)比雙值延遲