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CDMA系统的PN码技术

[06-11 18:24:42]   来源:http://www.xxk123.com  无线网络   阅读:8107

导读:该方法先检测收到码信号中的PN码,通过开关,送入n级PN码发生器的移位寄存器。待整个码序列全部进入填满后,在相关器中,将产生的PN码与收到的码信号进行相关运算,在比较器中将所得结果与门限进行比较。若未超过门限,则继续上述过程。若超过门限,则停止搜索,系统转入跟踪状态。理想情况下,捕获时间Ts=nTc,(Tc为PN码片时间宽度)。该方法捕获时间虽短,但存在一些问题,它先要对外来的PN码进行检测,才能送入移位寄存器,要做到这一点有时很困难。另外,此法抗干扰能力很差,因为逐一时片进行估值和判决,并未利用PN码的抗干扰特性。但在无干扰条件下,它仍有良好的快速初始同步性能。2.3匹配滤波器法用于PN同步捕获的匹配滤波器一般采用延时线匹配滤波器,其目的是识别码序列,它能在特殊结构中识别特殊序列,而且只识别该序列。假设一个输入信号是7bit码序列1110010双相调制的信号,每当码有1-0过渡时,反相信号进入延时线,直到第1bit在T7,第2bit在T6。当全部时延元件都填满,而且信号调制码与滤波器时延元件相位一致时,T2的信号相位与T5、T6、T7的相位相同,时延元件T1、T3

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  该方法先检测收到码信号中的PN码,通过开关,送入n级PN码发生器的移位寄存器。待整个码序列全部进入填满后,在相关器中,将产生的PN码与收到的码信号进行相关运算,在比较器中将所得结果与门限进行比较。若未超过门限,则继续上述过程。若超过门限,则停止搜索,系统转入跟踪状态。理想情况下,捕获时间Ts=nTc,(Tc为PN码片时间宽度)。该方法捕获时间虽短,但存在一些问题,它先要对外来的PN码进行检测,才能送入移位寄存器,要做到这一点有时很困难。另外,此法抗干扰能力很差,因为逐一时片进行估值和判决,并未利用PN码的抗干扰特性。但在无干扰条件下,它仍有良好的快速初始同步性能。

  2.3 匹配滤波器法

  用于PN同步捕获的匹配滤波器一般采用延时线匹配滤波器,其目的是识别码序列,它能在特殊结构中识别特殊序列,而且只识别该序列。假设一个输入信号是7bit码序列1110010双相调制的信号,每当码有1-0过渡时,反相信号进入延时线,直到第1bit在T7,第2bit在T6。当全部时延元件都填满,而且信号调制码与滤波器时延元件相位一致时,T2的信号相位与T5、T6、T7的相位相同,时延元件T1、T3、T4也具有相同的信号相位。把{T2、T5、T6、T7}与{T1、T3、T4}两组分别相加,把{T1、T3、T4}之和倒相输出,再将这两个结果相加,包含在全部7个元件中的信号能量同相相加,整个输出是未处理的7倍。根据该能量关系可以识别码序列。

  要增强产生的信号,可以靠附加更多的时延元件实现,在这种结构中得到的处理增益为Gp=10lgn(n是参加求和的时延元件数)。

  在要求快速锁定及使用长码的CDMA扩频通信中,宜采用SAW-TDL-MF作同步器。对于待定信号,匹配滤波器具有时间自动能力,无需PN码时钟同步与RF载波相位锁定,既避免了数据信息比特以外的同步,又完成了扩频信号的相关处理。引导码进入程控编码SAW-TDL-MF后,其输出是噪声基底上的底尖相关峰。在扩频通信中,噪声功率控制接收机的AGC,因而信号功率(即相关峰值)在起伏的噪声环境中变化很大。门限计算器的功能根据包络检测输出,确定动态门限电平,提供给同步检测器,保证在低SNR时有可允许的同步误差。动态门限电平取在主峰高度与最大旁峰之间时,噪声引起的底同步误差最小。当SAW-TDL检波输出包络超过动态门限时,同步检测器为接收机宽带频率合成器提供一个逻辑电平同步信号。

  3.PN码序列跟踪

  当同步系统完成捕获过程后,同步系统转入跟踪状态。所谓跟踪,是使本地码的相位一直随接收到的伪随机码相位改变,与接收到的伪随机码保持较精确的同步。跟踪环路不断校正本地序列的时钟相位,使本地序列的相位变化与接收信号相位变化保持一致,实现对接收信号的相位锁定,使同步误差尽可能小,正常接收扩频信号。跟踪是闭环运行的,当两端相位出现差别后,环路能根据误差大小自动调整,减小误差,因此同步系统多采用锁相技术。

  跟踪环路可分为相干与非相干两种。前者在确知发端信号载波频率和相位的情况下工作,后者在不确知的情况下工作。实际上大多数应用属于后者。常用的跟踪环路有延迟锁定环及τ抖动环两种,延迟锁定环采用两个独立的相关器,τ抖动环采用分时的单个相关器。

  3.1 延迟锁相环

  当本地PN码产生器第(n-2)和第n级移位寄存器输出PN码相位超前于接收到的伪随机码相位时(即两码的相对时差0<τ
  3.2 τ抖动跟踪环

  抖动环是跟踪环的另一种形式,与延时锁定环相同,接收信号与本地产生PN序列的超前滞后形式相关,误差信号由单个相关器以交替的形式相关后得到。PN码序列产生器由一个信号驱动,时钟信号的相位二元信号的变化来回“摆动”,去除了必须保证两个通道传递函数相同的要求,因此抖动环路实现简单。与延时锁定环相比,信噪比性能恶化大约3dB。

  延迟锁定环及τ抖动环不仅能起跟踪作用,如果采用滑动相关概念,使本地VCO开始时就与接收信号有一定频差,也能起到捕获作用。此外,另加一相关器,还可以起到解码作用。

  上述两种跟踪环路的主要跟踪对象是单径信号,但在移动信道中,由于受到多径衰落及多普勒频移等多种复杂因素影响,不能得到令人满意的跟踪性能,所以CDMA扩频通信系统应采用适合多径衰落信道的跟踪环。基于能量窗重心的定时跟踪环就是其中之一。

  CDMA数字蜂窝移动系统采用扩频技术,其扩频带宽使系统具有较强的多径分辨能力。接收机不断搜索可分辨多径信号分量,选出其中能量最强的J个多径分量作为能量窗,利用基于能量窗重心的定时跟踪算法,观察相邻两次工作窗内多径能量分布变化,计算跟踪误差函数,根据能量重心变化,调整本地PN码时钟,控制PN码滑动,达到跟踪目的。采用该跟踪环的目的是使用于RAKE接收的工作窗内多径能量之和最大,接收机性能更好。仿真结果表明,与DLL跟踪单径相比,采用基于能量窗重心的定时跟踪法跟踪有效多径成分具有更好的性能。

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