直擴(kuò)系統(tǒng)中PN碼跟蹤技術(shù)的研究

齊 華 李 巖 施小茜

（ 西安工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710032）

引言。在擴(kuò)頻系統(tǒng)中，為了正確的進(jìn)行擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)，接收機(jī)中產(chǎn)生的本地?cái)U(kuò)頻碼序列必須與接收信號(hào)中的擴(kuò)頻碼序列同步，由于直擴(kuò)系統(tǒng)中接收信號(hào)的信干噪比很低，在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的同步之前，難以實(shí)現(xiàn)載波同步，因此在接收機(jī)中一般首先實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的同步。實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻碼的同步后，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的載波同步、位同步和幀同步等就可以使用與一般通信系統(tǒng)基本相同的方法實(shí)現(xiàn)。同步的過(guò)程一般分兩個(gè)階段：捕獲和跟蹤。典型的偽碼跟蹤方法是DLL延遲鎖相環(huán)。

1.延遲鎖相環(huán)的跟蹤機(jī)理

延遲鎖相環(huán)又叫早－遲碼跟蹤環(huán)，早遲門跟蹤環(huán)路通常由超前一滯后相關(guān)器、碼鑒相器、環(huán)路濾波器和碼NCO等部分組成。其模型如圖1所示。

延遲鎖相技術(shù)在概念上與相位鎖相技術(shù)相像，它也是通過(guò)一非線性的反饋環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤與同步作用。跟蹤原理：本地PN碼與發(fā)端PN碼經(jīng)捕獲后會(huì)有一個(gè)時(shí)差τ，τ小于PN碼的碼片寬度，圖中兩路相關(guān)器相關(guān)特性相同，不同的是其相對(duì)位置差一個(gè)Δ（即一個(gè)碼片寬度），這是因?yàn)樗拥谋镜貐⒖即a的延遲所致。由于環(huán)路反饋?zhàn)饔茫瑑蓚€(gè)相關(guān)輸出的誤差信息經(jīng)環(huán)路濾波后，控制VCO的輸出，來(lái)調(diào)整本地PN碼發(fā)生器的相位，從而減少相差。

2.1 PN碼跟蹤鑒相電路

在延遲鎖相環(huán)路中，先將下變頻后產(chǎn)生的基帶信號(hào)分別跟本地超前、滯后PN碼進(jìn)行相關(guān)，再經(jīng)包絡(luò)檢波器后，分別求出超前支路的相關(guān)值和滯后支路的相關(guān)值，然后將它們同時(shí)送入到延遲鎖相環(huán)的減法鑒相器，可得整個(gè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)函數(shù)波形或誤差函數(shù)波形，該誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器后控制本地PN碼的碼鐘。

本文中，對(duì)環(huán)路濾波的過(guò)程做了簡(jiǎn)化，將得到的超前和滯后支路的相關(guān)值之差與門限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)調(diào)整偽碼的NCO的工作，偽碼調(diào)整步進(jìn)為Tchip/8，即一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。在一個(gè)跟蹤周期內(nèi)，如果超前支路相關(guān)值減去滯后支路相關(guān)值之差大于門限值，則表示本地偽碼超前，此時(shí)超前指示輸出為1，滯后指示輸出為0，將本地偽碼向后調(diào)整Tchip/8的相位；如果滯后支路相關(guān)值減去超前支路相關(guān)值之差大于門限值，則表示本地偽碼滯后，此時(shí)超前指示輸出為0，滯后指示輸出為1，將本地偽碼向前調(diào)整Tchip/8相位；否則，就認(rèn)為偽碼已經(jīng)同步，此時(shí)超前指示輸出為0，滯后指示輸出為0，偽碼相位不作調(diào)整。偽碼跟蹤的過(guò)程中可能會(huì)失步，因此需要檢測(cè)本地偽碼相關(guān)器輸出的值，當(dāng)連續(xù)N個(gè)周期相關(guān)器輸出的值都小于設(shè)定的跟蹤門限時(shí)，則判斷偽碼失步，重新進(jìn)入捕獲狀態(tài)。

2.2 PN碼時(shí)鐘控制電路

在偽碼的捕獲和跟蹤過(guò)程中，為了使偽碼相位同步且精確跟蹤，需要對(duì)本地偽碼的相位進(jìn)行不斷調(diào)整，即對(duì)本地偽碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘相位做調(diào)整。偽碼相位控制電路模塊圖如圖3

圖3中，reset為系統(tǒng)復(fù)位端，高電平有效；clk為時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率是偽碼頻率的8倍。當(dāng)clk的上升沿來(lái)到時(shí)，若沒(méi)有調(diào)整信息，則內(nèi)部的計(jì)數(shù)器的值正常增加1；Early_clk為超前指示，高電平有效，當(dāng)Early_clk有效時(shí)，計(jì)數(shù)器的值在時(shí)鐘上升沿時(shí)停止計(jì)數(shù)，這樣就將本地偽碼的相位往后調(diào)整了1/8個(gè)碼元；Lag_clk為滯后超前指示，高電平有效，當(dāng)Lag_clk有效時(shí)，計(jì)數(shù)器的值在時(shí)鐘上升沿時(shí)加2，這樣就將本地偽碼的相位往前調(diào)整了1/8個(gè)碼。

3 仿真結(jié)果圖4 是在matlab 里對(duì)延遲鎖相環(huán)跟蹤電路進(jìn)行仿真。假設(shè)此時(shí)捕獲已經(jīng)成功，信道中加入T/8的相位偏差，調(diào)制信息碼率仍然為10kbps，PN碼速率5.12Mbps。系統(tǒng)時(shí)鐘40.96MHz。所得波形是相位偏差在T/8時(shí)的各個(gè)關(guān)鍵模塊的輸出。對(duì)早門和遲門的相位差從-7T/8到7T/8的范圍內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明跟蹤效果良好。

圖4 延遲鎖相環(huán)PN碼跟蹤仿真波形圖

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)延遲鎖相環(huán)技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻碼跟蹤電路，并在matlab里對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了仿真，在對(duì)早門和遲門的相位差從-7T/8到7T/8的范圍內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明了其跟蹤效果的良好性。

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