第五章 伪码的同步

初始同步
调整时钟
搜索
捕获 否
是
停止搜索
是
失步 否
同步锁定
跟踪
转入跟踪
图 5 - 2 同步流程图
初始同步方法-发射参考信号法
当接收系统必须尽可能简单时, 发射参考 信号可以用于起始同步捕获、跟踪或同时 用于两者。 发射参考信号法的接收机既不用伪随机码 发生器, 也不用其它的本地参考振荡器。相 应的伪随机码参考信号也是发射机产生的, 并同所要的载有信息的信号同时发送。 跳 频和直扩两种系统都适合发射参考信号法。 图5 - 3为该系统的原理框图。
伪码同步的概念(2)
所谓两个伪码同步就是保持其时差（相位 差）为0状态。 令a1(t - τ1) , a2(t-τ2)为两个长度相等的伪码， 保持同步就是保持τ1 = τ2 ，或写成Δ τ = τ2 τ1 = 0。 在码分多址系统中相关接收要求本地的 地址码(伪码)与收到的(发送来的)地址码 同步。地址码的同步是码分多址系统的主 要部分，其性能好坏直接影响系统的性能。
显然ci(t)是ai(t)的周期性重复(延拓),其周期为 T
伪码同步的概念(4)
我们下面所研究的同步主要是指ci(t)的同步。伪 码同步过程可分为两个部分： 粗同步，用于确定PN序列的相位，又称捕获。 细同步，用于维持PN序列码相位的同步，又称跟 踪。 伪码的捕获是指接收机在开始接收发送来的扩 频信号时，调整和选择接收机的本地扩频序列相 位，使它与发送来的序列相位一致，也就是接收 机捕获住发送的扩频序列的相位的过程。它又叫 扩频序列的初始同步。
第五章 伪码的同步
5.1 伪码同步的概念 5.2 直扩系统的同步 5.3 调整本地伪码时延相位的方法 5.4 几种粗同步方案 5.5 直扩同步的跟踪 思考与练习题
5.1 伪码同步的概念
扩频通信系统利用扩频序列（伪码序列）对 信息数据进行了频谱扩展，当接收机接收到 扩频信号后，首先必须解除扩频序列对发送 的信息数据的频谱扩展（简称解扩），获得 信息数据调制的载波后，再做载波解调，从 而得到传送来的信息。 而要实现扩频解调，就必须使接收机的本地 扩频序列和相位与发送来的扩频序列和相位 完全一致。
第五章 伪码的同步
对扩频凋制系统性能分析时，要求接 收机载频的相位、频率以及它的码片定时 和传送信号在经过一段传播延迟后完全同 步。 我们一般不能在没有解扩的情况下进 行解调，这意味着，同步是必须的条件。 本章讨论接收机端PN码同步的问题。
第五章 伪码的同步
5.1 伪码同步的概念 5.2 直扩系统的同步 5.3 调整本地伪码时延相位的方法 5.4 几种粗同步方案 5.5 直扩同步的跟踪 思考与练习题
发射参考信号法工作原理
设发送的两个信号分别为s1(t)和s2(t), 即 s1(t)=c(t) cosωc1t (5 - 3) 和 s2(t)=a(t)c(t) cosωc2t (5 - 4) 式中c(t)和a(t)分别为伪随机码和传送的 信息。
在接收端, r1(t)和r2(t)分别对应于s1(t)和s2(t )。 不考虑衰减问题, r1(t)和r2(t)相乘后得：
串行相关检测法的特点
串行法只需一个相关器，电路简单，但代 价是捕获时间长。 最长捕获时间可达 (N-1)T。当N>>1时， (N-1)T很长。
并行相关检测法
接收到扩频信号后，经射频宽带滤波放大， 载波解调后（未画出），信号被送往N个 伪码序列相关处理，N个输出中哪一个最 大，那么该输出对应的相关处理解扩器所 使用的伪码序列的相位就是发送来的伪码 序列的相位，这样就实现了伪码序列的捕 获。 实现伪码捕获的原理如图5.8所示。
同步包含的两步
令 ci
为接收机本地产生的伪码， 伪码周期为NTc， 其中N为码位数，Tc为码片长度。 粗同步使
$ ci t - τ
( )
(t - τ )
为接收到的伪码，
$ τ − τ = Δτ < Tc
同步包含的两步
(2) 跟踪，或称细同步。 它使
$ − τ = Δτ → 0 τ
并保持住此状态。
ci ( t - τ )
与
$ ci t - τ
( )
的
$ $ ( t - τ )⋅ci ( t - τ ) = Ri (τ −τ ) = Rc ( Δτ )
串行相关检测法检测过程
把求出的相关函数值与某一阈值 u0 比较 若Rc(Δτ) > u0,则判粗同步完成； 反之，若Rc(Δτ) < u0判未完成。 见图5.7。
本振
本地码
时钟
图 5 - 4 滑动相关同步原理框图
采用与发端频率有差别的时钟来驱动本地码 (码型已知), 由于时钟差, 引起接收信号与本地产生 的伪随机码的相对滑动。图5 - 5为滑动相关的流程 图。
放慢 时钟
接收机 锁定
是
停止 搜索
进入 跟踪状态
否 继续 搜索 跟踪
图 5 - 5 滑动相关同步流程图
R ( Δτ )
1
-NTc
− 1 N
-Tc
0 2Tc
u0 Tc NTc
Δτ
图5.7 串行相关检测法的相关函数
串行相关检测法工作原理
$ 每隔T改变 τ 一个量(Tc 或Tc/2) ，并将 $ Ri (τ − τ ) 与阈值u 比较（例如：取 0 $ u0=Ri(0)/2)，超过u0 时对应的 τ 即为τ的 估计值。 由图5.7可见，此时|Δτ|≤Tc 。
不同步的原因（3）
3. 多普勒频移（Doppler） 在发射机和接收机中使用精确的频率源, 可以去掉大部分相位和载频的不确定性， 但不能完全克服由于多普勒频移引起的载 波和码速率的偏移。移动式发射机／接收 机的每一次相对位置的改变，就会引起码 相位的变化。 接收信号上的多普勒频率的大小是接收 机和发射机相对速率及发射频率的函数。
伪码同步的概念(3)
在码分通信系统中大部分地址码采用伪随机码， 因为伪码具有良好的相关特性，有利于同步。 准确地讲码分系统中所有地址码在运行中均是 周期性重复的序列而不是单个地址码。即为：
ci (t ) =
n =−∞
∑ a (t − nT )
i
+∞
( −∞ < t < +∞ )
其中T是ai(t)的长度(持续时间),即 ai(t) ≡ 0, (t<0, t >T)
fc1 不含信息
调制器 PN码 发生器
s1(t)
fc1
高放
r1(t) r(t) fIF=fc1-fc2 中放
分路 高放
fc2 含信息
源自文库
调制器
s2(t)
fc2
r2(t)
图 5 - 3 发射参考信号的同步方法
发射参考信号法工作原理
发送端把含有信息的已调信号与不含 信息的fc1 同伪随机码进行调制后, 合并、 放大, 然后发送出去。 在接收端, 两个频率的信号分别在两个 通道中放大, 经过相关运算后, 取出中频, 解调后还原出信息。
∫0
ci(t) ci ( t - τ )
⋅
T
y1 比 较 并 选 择 最 大 值
$ (1) τ = 0 R i (τ )
∫0
ci(t-Tc)
M
T
y2
$ (2) τ = Tc R i (τ − Tc )
M
∫0
T=NTc ci[t-(N-1)Tc]
T
yN
$ ( N ) τ = ( N −1)Tc R i[τ − ( N − 1)Tc ]
第五章 伪码的同步
5.2 直扩系统的同步 5.2.1同步过程 5.2.2 基带伪码的捕获 5.2.3 伪码调制信号的捕获
5.2.1同步过程
一般同步系统的同步过程可用图5 - 2来描 述。 接收机对接收到的信号, 首先进行搜索, 对收到的信号与本地码相位差的大小进行 判断, 若不满足捕获要求, 即收发相位差大 于一个码元, 则调整时钟再进行搜索。直到 使收发相位差小于一个码元时, 停止搜索, 转入跟踪状态。然后对捕获到的信号进行 跟踪，并进一步减小收发相位差，使其达 到要求的范围内，以满足系统解调的需要。
直到本地伪码序列相位状态很接近于发送 来的伪码序列相位状态时，伪码序列相关解 扩器的积分器输出最大，超过设定的门限值， 门限比较器的输出不再改变伪码序列相位状 态，达到本地伪码序列相位同发送来的伪码 序列相位一致，就实现了伪码序列的捕获。
串行相关检测法检测过程
同步检测方法：求 相关函数
T ∫0 ci
106 105
0 10
每天积累漂移的比特数
104
1
Mb /s
10 /s Mb /s Mb
103 102 10 1 6 10-
10-7
10-8 10-9 相对速率
10-10
10-11
图 5 - 1 不同码速时每日积累偏移
不同步的原因（2）
2. 电波传播的时延 同步不确定的主要来源是那些与时间和频 率有关的因素。 如果接收机能够精确地知道通信距离和发 射时间, 发射机和接收机都具有足够准确的频 率源, 它们就能得到所需的定时, 就没有同步 问题了。 但这些本身就只是一种假设。
r (t ) = r1 (t ) r2 (t ) = a (t )c (t ) cos ωc1t ⋅ cos ωc1t
2
= a (t ) cos ωc1t ⋅ cos ωc1t 1 = a (t ) cos(ωc1 + ωc 2 )t 2 1 + a (t ) cos(ωc1 − ωc 2 )t 2
第五章 伪码的同步
5.2 直扩系统的同步
5.2.1同步过程 5.2.2 基带伪码的捕获 5.2.3 伪码调制信号的捕获
5.2.2 基带伪码的捕获
滑动相关检测 滑动相关检测是一种最简单、 最实用 的捕获方法, 图5 - 4为滑动相关同步的原 理框图。
混频
相关 器
包络 检波
积分 清洗
门限 判决 逻辑 电路
第五章 伪码的同步
5.1 伪码同步的概念 5.2 直扩系统的同步 5.3 调整本地伪码时延相位的方法 5.4 几种粗同步方案 5.5 直扩同步的跟踪 思考与练习题
5.2 直扩系统的同步
直扩系统的同步有以下几种: (1) 伪随机码同步。
只有完成这一步同步后，才可能使相关检测 后有用信号落入中频相关滤波器的通频带内。
不同步的原因（3）
多普勒频移的大小为
υ f d = cos θ ( Hz ) λ
υ f收 = f 发 + cos θ λ
(5.1)
(5.2)
其中v是收发信机的相对运动速度，θ是来波 到达方向与接收机运动方向的夹角。
不同步的原因（4）
4. 多径效应 多径效应是在电磁波在传输过程中由于 多条路径(反射、折射)的传播引起的。多径 效应对系统的影响主要是引起码相位的变 化，引起同步的不确定性。
(5.5)
发射参考信号法工作原理
经中频滤波后, 为
1 r′(t ) = a (t ) cos(ωc1 − ωc 2 )t 2 1 (5.6) = a (t ) cos Δωc t 2
第五章 伪码的同步
5.1 伪码同步的概念 5.2直扩系统的同步 5.3 调整本地伪码时延相位的方法 5.4 几种粗同步方案 5.5 直扩同步的跟踪 思考与练习题
(2) 位同步。
它实际包括伪随机码的码片同步和传输信息 的码元定时同步。
直扩系统的同步
(3) 帧同步。
提取帧同步后，就可提取帧同步后面的信息。
(4) 载波同步。
直扩系统多采用相干检测，载波同步后，可 为解调器提供同步载波；另一方面，保证解 扩后的信号落入中频频带内。
同步包含的两步
(1) 初始同步，或称粗同步、捕获。 它主要解决载波频率和码相位的不确 定性问题，保证解扩后的信号能通过相关 器后面的中频滤波器。这是所有问题中最 难解决的问题。
不同步的原因
1. 频率源的漂移 一般通信系统中所用的频率并不像我们希望 的那样稳定。在扩频系统中, 频率不确定性的其 它结果也是显而易见的。 频率源频率的漂移, 将 引起码元时钟速率的偏移, 积累为码相位的偏移; 频率源频率的漂移, 还会引起载波频率的漂移, 使系统性能下降。图5 - 1说明了各种相对码速率 偏移对系统的积累偏移的影响。
串行相关检测法
载波
ci ( t - τ )
门限
放大器
$ ci (t −τ )
∫
nT
$ Ri (τ −τ )
( n −1) T
比较器
扩频序列
相位搜索控制器
图5.6 串行相关检测法逐步比较法原理
图5.6中只使用了一个伪码序列相关解扩器， 积分器输出信号送给一个门限比较器，当输 出小于某一设定门限值，就是本地伪码序列 相位不同于发送来的伪码序列相位时，门限 比较器输出信号给伪码序列相位搜索控制器， 使它改变本地伪码序列的相位状态。 改变后的本地扩频序列相位状态还不同于 发送来的伪码序列相位状态时，门限比较器 继续输出信号给伪码序列相位搜索控制器， 使它再次改变本地伪码序列相位。