第4章 扩频序列底捕获与同步

第四章 扩频序列底捕获与同步

扩频通信属数字通信，因此载波同步，比特同步（位同步），帧同步，还有特有的扩频码同步。

表现为：

同步时延差＝

，表示同步

为此接收机扩频码同步系统必须：

先搜索捕获，驱使本地扩频序列

与接收序列取得起始相位基本一致，即：；然后进入同步跟踪，保持相位同步。

接收机组成

<未同步

扩频码同步要求收发双方 时钟频率对准 码序列起点对齐（初始相位一致） 双方时钟不稳 若时钟由载频分频产生，载频不稳导致时钟不稳 双方启动序列有时差

电波传播时延，多径时延，双方时钟不稳

一、直扩序列的捕获

1.1 单积分顺序搜索捕获（或称为滑动相关捕获法）

所谓顺序搜索捕获：不断地改变本地序列相位，并在每个相位进行相关检测，判断该相位是否同步，原理电路如图所示：

相关器

设 相关（相乘、带通）输出： 由于存在，需要平方―――利用积分器收集能量作检测

积分运算

\

相干低通平滑―――>起到时间统计平均作用（各态历经）

设门限为A ：

：取得同步

：未取得同步―――>不断改变本地码序列相位

设每搜索一次控制一次，本地码序列相位改变量为，每控制一次所需时间为统计平均时间长度―――即积分间隔

因此，若设积分间隔为，且序列长度

一般，，为寄存器级数

则捕获时间：

，

搜索完整个序列长度才搜索到 无需搜索就已同步

∴平均捕获时间：

检测概率―――实际已经同步时，判决为同步的概率 虚警概率―――未同步时，判决为同步的概率

以上分析过程没有考虑噪声和干扰，即检测概率，虚警概率

实际存在噪声干扰，必产生

显然，与积分时间有关 俞大，表示噪声被平滑（平均），必然，而，但捕获事件长！

搜索捕获过程，理论上可用一个马尔可夫链来描述，由马尔可夫链地生成函数信号流图，可得：

――为使本地序列 同步 接收序列所需的最大相位改变量，

当：

――证实电路（证明同步真假），积分时间的检测器(经k 次证明是真的！) 显然――对于单积分： 为此可采用多积分方式来减小

假设有n 个积分器，积分时间各不相同， 捕获开始，用积分时间短先积分，若输出大于门限，判决同步，由于――>可

能误判，为此，再用时间长积分器去检测证实去除虚警―――> 这样：可在较短时间内去除非同步――>

串行多积分方式

多积分又分为

并行多积分方式

如图所示：

，相位已对齐，但误判为未同步 ，相位未对齐，但误判为同步

串行方式：先积分器（）积分器判决

在时刻输出判决，。。。。。。直至n 个积分器输出都大于门限―――> 表示真同步， 只要一个积分器输出小于门限，都需要继续搜索

并行方式：n 个积分同时积分判断

1.2 序列相关捕获法 原理图：

本地序列寄存（可一段M 个码元）

，，在捕获期间，令常数

∴

表示接收的扩频码序列送入M 级移位寄存器；本地序列一段（M 个码元）

或全部存入另一M 级移位寄存器中，让两个寄存器对应位相关求和

若小于门限，继续搜索控制，大于门限

若大于门限，启动积分器2――――>

只有各输出均大于门限－－真同步

只要有一个输出小于门限――>所有积

分器可以立即清零，不需等待长积分器

完成，继续搜索控制

显然：

当两序列对应位不符――>相关求和值低――>则将发送来序列输入下一相位状态，再求和――>逐位移位求相关值

当两序列对应状态一致――>相关求和值最大――>取得同步――>使本地序列进入同步跟踪态运行 捕获时间：

∴

一般

， 则：

比之单积分顺序搜索捕获时间要短得多。

1.3 3、SAW 器件捕获法

SAW(Surface acoustic wave) ――生表面波器件基本结构

输入叉指换能器

原理：在压电基片上印刷两个声电换能器

通过逆压电效应，将输入电信号―――>声波信号 延基片表面传至 \ 右端输出插指换能器，又将声―――>电信号

由于SAW ――声波传播速度低， ，－是声波速度 ――>器件尺寸比相同频段电磁器件小得多

―――如：1000m 长微波传输时延，用1cm SAW 延迟线即可 充分利用可完成各种信号处理的功能――>如SAW 延迟线，SAW 匹配滤波器、SAW 相关/卷积器

这里：利用SAW 器件功能完成扩频序列快速捕获： 构成如图示：

输入换能器――电－>声

输出换能器――声－>电

输入换能器输出编码换能器

在基片上

显然，当输入扩频序列经输入插指变为声脉冲序列――>传至插指电极组，

如果

波形如图：

左为输入换能器 右端为编码换能器 （插指电极组） 电极数等于序列长码元数

电极间距离＝声传播时延等于的距离

电极分为两组 ：一组对应“＋1”码元

一组对应“－1”码元

等于设定了某一扩频序列的码元结构

（相当于抽头延迟线结构），

如上图相当于101 (011)

个

与设定的码元结构一致――>输出有最大相关值

与设定的码元结果不一致――>输出相关值低

利用相关输出脉冲可完成本地伪码序列起始定位，实现捕获，组成框图如图

显然，只要门限检测正确，用一个扩频序列周期，可实现捕获

但门限检测概率（噪声与干扰造成错码引起），则有漏检率，则：

一般，则有：

比单积分顺序搜索快得多

二、直扩序列的同步跟踪

捕获结束――>表示本地伪码序列已与接收的扩频序列相位（或时位）基本一致――>转入跟踪状态

所谓跟踪：本地码相位一直跟踪接收码相位变化，且跟踪误差一直保持在一个码元宽度之内。这种自动相位调节作用大都用特殊的锁相还完成，常用有延迟锁定环，－抖动跟踪环等

这里着重介绍延迟锁相环的同步跟踪原理

环路组成如图：

n n-1 …

本地伪码发生器DCO