扩频通信第7章1.docVIP

第7章 扩频码的同步跟踪 扩频接收机一旦捕获了接收到的扩频信号，本地参考信号必须准确跟踪接收到的信号。本地参考信号的跟踪包括载波频率跟踪和扩频码序列相位跟踪两部分。载波频率的跟踪一般采用锁相环技术，这在前面已经讨论过了，不再赘述。在此只讨论扩频码序列相位的同步跟踪问题。 扩频码序列的同步跟踪常采用延时锁定环路。延时锁定技术在概念上与相位锁定技术十分相象，它也是通过一非线性的反馈环路来实现输出信号对输入信号的跟踪和同步作用。不过，在这里是利用扩频码序列的相关特性来形成误差信号的。产生这种差别的原因在于：相位锁定技术是使本地的正弦振荡器或周期方波发生器跟踪或锁定于外来的正弦波或方波信号，而延时锁定技术则是使本地的参考扩频码序列发生器跟踪或锁定于外来的扩频码序列。两个正弦波的相位差别可以通过鉴相器或乘法器的输出来体现，而两个扩频码序列在时延(相位)上的差别则需要通过相关运算来监视：如果两个扩频码序列的相位相同，则有最大的相关输出；反之，如果相位不同，则输出很小。这实际上就是利用扩频码序列优良的自相关特性。 扩频系统的码序列跟踪回路可以分成两大类，一类是利用接收信号相位信息的相干码跟踪回路；另一类是不利用接收信号相位信息的非相干码跟踪回路。不管哪一种，相位鉴别器都要利用接收信号和本地参考信号两个不同相位（超前和滞后）之间的相关值。相关运算可以利用两个独立的相关器，也可以利用一个相关器分时使用来完成。用两个独立相关器的码跟踪回路称为全时间超前-滞后码跟踪回路。用单个相关器的码跟踪回路称为?-抖动超前-滞后码跟踪回路。 在噪声环境下，码跟踪回路带宽的设计要在均方跟踪误差和跟踪动态性能之间进行折衷。在发射机和接收机之间有相对运动时，传输延迟实际上是时间t的函数。码跟踪回路就是要跟踪这个时间函数。码跟踪回路带宽大，跟踪动态性能好，但进入回路的噪声增大，跟踪抖动大；带宽窄，进入回路的噪声减小，跟踪抖动小，但跟踪的动态性能变差。 7.1 延迟锁定跟踪环路的理论基础 现在我们来研究扩频码跟踪环路的机理。考虑一个输入为由白高斯噪声伴随的扩频码波形的基带系统。用表示两者之和 (7-1) 式中， 是未知时延。的最大似然估值是似然方程之解 (7-2) 式中，是似然函数，是的估值。因为，所以 (7-3) 与此等效，最大似然方程是其值满足下式 (7-4) 因此我们可以得出结论：的最佳估值是由接收波形与参考码波形的时间导数求相关而得到的。这就导出了对扩频码跟踪要采用闭环的解释，即接收波形与码波形导数间的相关经闭环后应使其相关值为0。下面将要讨论的基带相关同步跟踪环，可以看成是用离散导数的闭环形式来近似时延的最大似然估值。 7.2 基带相关同步跟踪回路 基带相关同步跟踪回路，有时又称为基带全时间超前-滞后相关同步跟踪回路。这种回路由延迟锁定鉴别器、回路滤波器、压控振荡器VCO和扩频码产生器组成，原理方框图示于图7-1。 图7-1 基带全时间超前-滞后跟踪回路 7.2.1 回路的鉴别特性 设输入信号为 (7-5) 式中，是码速率为的扩频码；是零均值、双边谱密度为的基带高斯白噪声；是随机延时，是我们要跟踪的量。 输入信号被分成两路（注意信号和噪声的功率被一分为二，对于功率量分路系数为，对于电流或电压量分路系数为）：一路同超前本地参考扩频码个码元的信号 进行相关；另一路同滞后本地参考扩频码个码元的信号进行相关。参量?是超前、滞后鉴别器支路之间总的归一化时间差。 我们先来讨论无噪声情况下鉴别器的工作情况，从而得出鉴别器的鉴别特性曲线。图7-1中超前、滞后支路相关器的输出分别为 (7-6) 式中，k1和k2分别为超前、滞后支路乘法器的增益，假设两支路的参数完全平衡，。延迟锁定鉴别器的输出是和之差，即 (7-7) 式(7-7)中的直流(缓变)分量是用于码跟踪的误差信号，它是的时间平均值。的时变分量称为码自噪声。令是的直流分量，则 (7-8) 式中是的周期，是码元宽度。式(7-8)可以用的自相关函数的来表示，其中 (7-9) (7-10) 式中是相对时延误差或跟踪误差，这样 (7-11) 式(7-11)称为跟踪回路鉴别器的鉴别特性曲线，简称S曲线。当为m序列码时 (7-12) 将(7-12)带入式(7-11)可得 (7-13a) (7-13b) 对于是m序列和4个不同的?值的情况，函数的图形示于图7-2。 图7-2 延迟锁定鉴别器对m序列在不同?值