武汉理工大学信息工程学院 吴薇
1.CDMA系统中的PN码同步原理
发射机和接收机采用高精确度和高稳定度的时钟频率源，以保证频率和相位的稳定性。但在实际应用中，存在许多事先无法估计的不确定因素，如收发时钟不稳定、发射时刻不确定、信道传输时延及干扰等，尤其在移动通信中，这些不确定因素都有随机性，不能预先补偿，只能通过同步系统消除。因此，在CDMA扩频通信中，同步系统必不可少。
PN码序列同步是扩频系统特有的，也是扩频技术中的难点。CDMA系统要求接收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。因此，PN码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。
CDMA系统中的PN码同步过程分为PN码捕获（精同步）和PN码跟踪（细同步）两部分。PN码捕获是精调本地PN码的频率和相位，使本地产生的PN码与接收到的PN码间定时误差小于1个码片间隔Tc，可采用基于滑动相关的串行捕获方案或基于时延估计问题的并行捕获方案。PN码跟踪则自动调整本地码相位，进一步缩小定时误差，使之小于码片间隔的几分之一，达到本地码与接收PN码频率和相位精确同步。典型的PN码跟踪环路分基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环及τ抖动环两种。
接收信号经宽带滤波器后，在乘地器中与本地PN码进行相关运算。捕获器件调整压控时钟源，用以调整PN码发生器产生的本地PN码序列的频率和相位，捕获有用信号。一旦捕获到有用信号，启动跟踪器件，用以调整压控钟源，使本地PN码发生器与外来信号保持精确同步。如果由于某种原因引起失步，则重新开始新一轮捕获和跟踪。
同步过程包含捕获和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整。
2.PN码序列捕获
PN码序列捕获指接收机在开始接收扩频信号时，选择和调整接收机的本地扩频PN序列相位，使它与发送的扩频PN序列相位基本一致，即接收机捕捉发送的扩频PN序列相位，也称为扩频PN序列的初始同步。在CDMA系统接收端，一般解扩过程都在载波同步前进行，实现捕获大多采用非相干检测。接收到扩频信号后，经射频宽带滤波放大及载波解调后，分别送往2N扩频PN序列相关处理解扩器（N是扩频PN序列长）。2N个输出中哪个输出最大，该输出对应的相关处理解扩器所用的扩频PN序列相位状态，就是发送的扩频信号的扩频PN序列相位，从而完成扩频PN序列捕获。
捕获的方法有多种，如滑动相干法、序贯估值法及匹配滤波器法等，滑动相关法是最常用的方法。
2.1 滑动相关法
接收系统在搜索同步时，它的码序列发生器以与发射机码序列发生器不同的速率工作，致使这两个码序列在相位上互相滑动，只有在达到一致点时，才停下来，因此称之为滑动相关法。
接收信号与本地PN码相乘后积分，求出它们的互相关值，然后与门限检测器的某一门限值比较，判断是否已捕获到有用信号。它利用了PN码序列的相关徨性，当两个相同的码序列相位一致时，其相关值输出最大。一旦确认捕获完成，捕获指示信号的同步脉冲控制搜索控制钟，调整PN码发生器产生的PN码重复频率和相位，使之与收到的信号保持同步。
由于滑动相关器对两个PN码序列按顺序比较相关，所以该方法又称顺序搜索法。滑动相关器简单，应用簋广，缺点是当两个PN码的时间差或相位差过大时，相对滑动速度簋慢，导致搜索时间过长，特别是对长PN码的捕获时间过长，必须采取措施限定捕获范围，加快捕获时间，改善其性能。
使滑动相关器实用的有效方法之一是采用特殊码序列，特殊码序列要足够短，以便在合理时间内对所有码位进行搜索。至于短到什么程度，由满足相关性要求限定。这种加前置码的方法称同步引导法。引导码同步要求低、简单易实现，是适合各种应用的同步方法。
可捕码由若干较短码序列组合而成，其码序列应与各组成码序列保持一定的相关关系。这类码中最著名的是JPL码。
2.2 序贯估值法
序贯估值法是另一种减少长码捕获时间的快速捕获方法，它把收到的PN码序列直接输入本地码发生器的移位寄存器，强制改变各级寄存器的起始状态，使其产生的PN码与外来码相位一致，系统即可立即进行同步跟踪状态，缩短了本地PN码与外来PN码相位一致所需的时间。
