扩谱通信系统的同步――跟踪课件.ppt

1、2004年4月扩谱通信1扩谱通信系统的同步扩谱通信系统的同步 跟踪跟踪 扩谱通信第扩谱通信第6 6课课2004年4月扩谱通信2内容内容n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步2004年4月扩谱通信3伪码序列跟踪的必要性伪码序列跟踪的必要性n伪码序列的捕获是要使本地伪码序列相位同发送来的伪码序伪码序列的捕获是要使本地伪码序列相位同发送来的伪码序列相位一致，完成伪码序列捕获

2、后，只是做到了彼此相位一列相位一致，完成伪码序列捕获后，只是做到了彼此相位一致，但彼此之间的准确一致程度可能是有差别的致，但彼此之间的准确一致程度可能是有差别的 n典型的滑动相位相关捕获法，每次相位搜索典型的滑动相位相关捕获法，每次相位搜索 ，本地伪码序列相，本地伪码序列相位同发送来的伪码序列相位，在捕获完成后最大还有位同发送来的伪码序列相位，在捕获完成后最大还有 的相位的相位差差n发送来的伪码序列因噪声的污染，各种传送信道的影响等，相位状态发送来的伪码序列因噪声的污染，各种传送信道的影响等，相位状态会受其影响而出现波动，甚至某种偶然性改变，使得与已经相位一致会受其影响而出现波动，甚至某种偶然

3、性改变，使得与已经相位一致的本地参考序列又出现某种相位抖动偏差或偏离的本地参考序列又出现某种相位抖动偏差或偏离 n扩频通信系统为了准确、可靠地工作，除了要实现扩频的捕扩频通信系统为了准确、可靠地工作，除了要实现扩频的捕获（初始同步）外，还要实现伪码序列的同步跟踪（同步锁获（初始同步）外，还要实现伪码序列的同步跟踪（同步锁定）定）cT21cT212004年4月扩谱通信4伪码序列同步伪码序列同步 n扩频通信系统中的伪码序列同步扩频通信系统中的伪码序列同步 既要确定本地伪码序列相位同发送来的伪码序列相位的同既要确定本地伪码序列相位同发送来的伪码序列相位的同步，又要确立本地伪码序列相位对发送来的伪码序

4、列相位步，又要确立本地伪码序列相位对发送来的伪码序列相位的跟踪的跟踪 要建立本地伪码序列相位对发送来的伪码序列相位的要建立本地伪码序列相位对发送来的伪码序列相位的同步同步和跟踪和跟踪，就要能正确给出，就要能正确给出两序列相位的相位差两序列相位的相位差（或对该相（或对该相位差的估值），根据这个位差的估值），根据这个相位差产生能减小该相位差相位差产生能减小该相位差的的控控制信号制信号，以此控制本地伪码序列相位与发送来的伪码序列，以此控制本地伪码序列相位与发送来的伪码序列相位完全一致相位完全一致 能实现这种功能的是具有能实现这种功能的是具有S型曲线的相位鉴别器，简称型曲线的相位鉴别器，简称鉴鉴相器相

5、器 2004年4月扩谱通信5n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步内容内容2004年4月扩谱通信6鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线(1)(1)n鉴相器的鉴相器的S型曲线特性是靠利用型曲线特性是靠利用伪码序列的自伪码序列的自相关特性实现的相关特性实现的，如图所示 2004年4月扩谱通信7鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线(2)(2)n图（图（a）是伪码序列的自相关特性，相关时

6、间）是伪码序列的自相关特性，相关时间 时，相关值最大时，相关值最大 以此相关时间为基准（以此相关时间为基准（为基准），偏离为基准），偏离 的伪码序列相位特性的伪码序列相位特性 ，如（，如（b）虚线）虚线偏离偏离 的伪码序列相位特性的伪码序列相位特性 的倒相的倒相值值 ，如图（，如图（b）的虚线）的虚线所示所示 把这两个相关特性值相加，则形成具有把这两个相关特性值相加，则形成具有S S型特性的曲型特性的曲线，图（线，图（b）的实线）的实线 00cT21)21(cpnTRcT21)21(cpnTR)21(cpnTR2004年4月扩谱通信8鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线(3)(3)n这条曲线就是能用

7、于这条曲线就是能用于伪码序列同步跟踪的鉴相曲线伪码序列同步跟踪的鉴相曲线，这是偏离这是偏离 的鉴相曲线，简称为的鉴相曲线，简称为 的鉴相曲的鉴相曲线线 n图（图（c）是偏离）是偏离 的鉴相曲线，简称的鉴相曲线，简称 鉴相曲线鉴相曲线 n从图明显看出，从图明显看出，鉴相曲线过点线段的鉴相曲线过点线段的斜率比斜率比 鉴相曲线的斜率大鉴相曲线的斜率大，那在相同相位偏离的情况下，那在相同相位偏离的情况下（偏离（偏离 点的程度相同），鉴相曲线有更大的点的程度相同），鉴相曲线有更大的合成相关值合成相关值 n设设 鉴相曲线的特性为鉴相曲线的特性为 ，鉴相曲鉴相曲线的特性为线的特性为 ，则有：，则有：cT21

8、cT21cTcTcT21cT0cT21)(2/cTDcT)(cTD2004年4月扩谱通信9鉴相曲线的特性鉴相曲线的特性 nN是伪码序列的长度，是伪码序列的长度，和和 都是周都是周期为期为 的的周期函数周期函数)(2/cTD)(cTDcNTT 有效区有效区2004年4月扩谱通信10n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步内容内容2004年4月扩谱通信11伪码序列的同步跟踪

9、环（伪码序列的同步跟踪环（1 1）n利用上述鉴相特性构成的伪码序列同步跟踪环路如利用上述鉴相特性构成的伪码序列同步跟踪环路如下图所示，是利用下图所示，是利用 鉴相特性的典型同步跟踪环鉴相特性的典型同步跟踪环 cT超前滞后环路超前滞后环路对应捕获电路的本地参考码超前滞后2004年4月扩谱通信12伪码序列的同步跟踪环（伪码序列的同步跟踪环（2 2）n利用利用 鉴相特性，则本地伪码序列输出中的一个，鉴相特性，则本地伪码序列输出中的一个，从第（从第（n-2）寄存器输出的那个改为从第（）寄存器输出的那个改为从第（n-1）寄）寄存器输出即可存器输出即可 n伪码序列同步跟踪环由产生伪码序列的几级移位寄存伪码

10、序列同步跟踪环由产生伪码序列的几级移位寄存器、产生伪码序列生成时钟的压控振荡器、环路低通器、产生伪码序列生成时钟的压控振荡器、环路低通滤波器和环路滤波器和环路 鉴相器（或鉴相器（或 鉴相器）组成鉴相器）组成 n如果不是从上图所示的产生伪码序列的第n、第（n-2）寄存器中获取彼此间相差 （相对 的基准相差 ）的本地伪码序列，而从第n、第（n-1）寄存器中获取彼此间相差 （相对 的基准相差为 ）的本地伪码序列，则构成 鉴相器 cT21cTcT21cT20cTcT0cT21cT212004年4月扩谱通信13伪码序列的同步跟踪环（伪码序列的同步跟踪环（3 3）n利用利用 鉴相器或鉴相器或 鉴相器的鉴相

11、特性鉴相器的鉴相特性和生成的伪码序列同步跟踪和生成的伪码序列同步跟踪误差信号误差信号，就可以作出伪码序列的同步跟踪环就可以作出伪码序列的同步跟踪环 cTcT212004年4月扩谱通信14n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步内容内容2004年4月扩谱通信15基带相关同步跟踪环（基带相关同步跟踪环（1 1）n基带相关的伪码序列同步跟踪环，如下图所示n工作过程工作过程 接

12、收到发送来的扩频信号后，经射频滤波放大接收到发送来的扩频信号后，经射频滤波放大 2004年4月扩谱通信16基带相关同步跟踪环（基带相关同步跟踪环（2 2）送给载频解调器获得伪码序列的基带信号送给载频解调器获得伪码序列的基带信号 该信号分两路作相差该信号分两路作相差 的解扩，经低通滤波后相减，输的解扩，经低通滤波后相减，输出误差信号出误差信号 该信号经环路滤波器控制时钟的压控振荡器，从而调整本该信号经环路滤波器控制时钟的压控振荡器，从而调整本地伪码序列相位与发送来伪码序列相位完全一致地伪码序列相位与发送来伪码序列相位完全一致这种基带相关的同步跟踪环所使用的鉴相器同这种基带相关的同步跟踪环所使用的

13、鉴相器同前面前面介介绍的完全一样，只是这儿是绍的完全一样，只是这儿是 的鉴相器的鉴相器 cT21cT212004年4月扩谱通信17性能比较性能比较 n利用利用 鉴相器的基带相关同步跟踪环鉴相器的基带相关同步跟踪环的同步跟踪性能要比的同步跟踪性能要比 鉴相器的基带相鉴相器的基带相关同步跟踪环的同步关同步跟踪环的同步跟踪性能好跟踪性能好n只是只是 的跟踪范围要小一些的跟踪范围要小一些 cT21cTcT212004年4月扩谱通信18基带相关同步跟踪环的缺陷基带相关同步跟踪环的缺陷n伪码序列基带相关的同步跟踪环，进入该环的输入伪码序列基带相关的同步跟踪环，进入该环的输入信号已经是经过信号已经是经过准确

14、载波解调后准确载波解调后的扩频信号，这个的扩频信号，这个信号信号没有载波没有载波，甚至没有对伪码序列调制的数据甚至没有对伪码序列调制的数据n要做到这一点，接收机必须准确知道或通过相干检测知道要做到这一点，接收机必须准确知道或通过相干检测知道载波的频率相位并与之同步，而且接收信号中的信息数据载波的频率相位并与之同步，而且接收信号中的信息数据已用某种方法在输入同步跟踪环路之前就除去了（或发送已用某种方法在输入同步跟踪环路之前就除去了（或发送来的信号中没有调制信息数据）来的信号中没有调制信息数据）n一般情况下很难作到，调制信息数据需要在伪码序列同步一般情况下很难作到，调制信息数据需要在伪码序列同步锁

15、定后才便于解调出锁定后才便于解调出 n首先要准确完成载波解调也不容易，特别是有多普勒效应首先要准确完成载波解调也不容易，特别是有多普勒效应等频率漂移的时候等频率漂移的时候 2004年4月扩谱通信19n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步内容内容2004年4月扩谱通信20包络相关同步跟踪环（包络相关同步跟踪环（1 1）n基带基带相关的同步跟踪环存在上述缺陷，在实相关的同

16、步跟踪环存在上述缺陷，在实际运用中采用包络相关同步跟踪环际运用中采用包络相关同步跟踪环 在接收端对于接收到的扩谱信号作频率变换，从射频到在接收端对于接收到的扩谱信号作频率变换，从射频到中频，在中频，在中频上进行准确解调后中频上进行准确解调后再建立伪码序列的同步再建立伪码序列的同步跟踪是必要的跟踪是必要的 对这种情况，典型的是对对这种情况，典型的是对中频作平方检波中频作平方检波实现伪码序列实现伪码序列同步跟踪的包络相关同步跟踪环，它不需要首先建立载同步跟踪的包络相关同步跟踪环，它不需要首先建立载波的频率、相位的准确同步，属于波的频率、相位的准确同步，属于非相干同步跟踪环非相干同步跟踪环 2004

17、年4月扩谱通信21包络相关同步跟踪环（包络相关同步跟踪环（2 2）n伪码序列包络相关的同步跟踪环如下图所示伪码序列包络相关的同步跟踪环如下图所示 2004年4月扩谱通信22包络相关的包络相关的 鉴相器的鉴相特性鉴相器的鉴相特性 n采用包络相关的采用包络相关的 鉴相器鉴相器的鉴相特性是：的鉴相特性是：n 如左图所示，由如左图所示，由于于 ，为该曲，为该曲线的线性部分，具有很好的线的线性部分，具有很好的鉴相特性鉴相特性 cT21cT21ccT212004年4月扩谱通信23鉴相器的鉴相特性（鉴相器的鉴相特性（1 1）n如果使用如果使用 鉴相器，按图鉴相器，按图7.4的环路结构，的环路结构，鉴相鉴相器

18、的鉴相特性是：器的鉴相特性是：n其鉴相特性曲线如左图所示其鉴相特性曲线如左图所示 cTcTcT2004年4月扩谱通信24鉴相器的鉴相特性（鉴相器的鉴相特性（2 2）n从图中可以看出，从图中可以看出，鉴相器特性曲线在鉴相器特性曲线在 的整个有效区域没有线性特性部分的整个有效区域没有线性特性部分n特别是在特别是在 附近，附近，也就是在也就是在 附近，不可能形成误差信号，附近，不可能形成误差信号，从而有效控制本地伪码序列时钟速率达到与从而有效控制本地伪码序列时钟速率达到与发送来的扩频序列相位一致发送来的扩频序列相位一致n对使用包络检波的包络相关同步跟踪环，不对使用包络检波的包络相关同步跟踪环，不采用

19、采用 鉴相器鉴相器 cTe0e0/)(eeTdDdc0ecT2004年4月扩谱通信25n6.1 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 n6.2 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 n6.3 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 n6.4 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 n6.5 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n6.6 跳频序列的同步跳频序列的同步内容内容2004年4月扩谱通信26跳频序列的同步跳频序列的同步 n下图所示的电路就是与前述包络相关同步跟下图所示的电路就是与前述包络相关同步跟踪环相类似的跳频序列同步跟踪环踪环相类似的跳频序列同步跟踪环 2004年4月扩谱通信27跳频序列跟踪环跳

20、频序列跟踪环的跟踪过程的跟踪过程n上图所示的环路使用延迟鉴别器，环路中的频率合上图所示的环路使用延迟鉴别器，环路中的频率合成器在跳频序列发生器的作用下，产生两个与接收成器在跳频序列发生器的作用下，产生两个与接收到的跳频信号的跳变频率到的跳频信号的跳变频率超前一段时间和延后一段超前一段时间和延后一段时间的信号时间的信号 n信号频率与接收信号的频率正好相差一个中频信号频率与接收信号的频率正好相差一个中频n经乘法器混频滤波器滤波，平方后相减，就获得了经乘法器混频滤波器滤波，平方后相减，就获得了超前一段时间的本振信号通接收信号混频后的中频超前一段时间的本振信号通接收信号混频后的中频信号，和滞后一段时间

21、的本振信号同接收信号混频信号，和滞后一段时间的本振信号同接收信号混频后的中频信号，相差的电压后的中频信号，相差的电压n这个电压就是有超前滞后鉴别能力的信号，能实现这个电压就是有超前滞后鉴别能力的信号，能实现跳频信号的同步跟踪跳频信号的同步跟踪 2004年4月扩谱通信28跳频序列跟踪环的鉴相特性跳频序列跟踪环的鉴相特性 n利用延迟鉴相器特性 ，即：n跳频序列同步跟踪环的误差信号 为：是噪声信号之和 )(eFHD)2()2()(ceceeFHTRTRD)(tE)()(2)(tEDPtEneFH)(tEn2004年4月扩谱通信29总结总结n重点掌握重点掌握 伪码序列的跟踪伪码序列的跟踪 鉴相器的鉴相器的S型曲线型曲线 伪码序列的同步跟踪环伪码序列的同步跟踪环 基带相关同步跟踪环基带相关同步跟踪环 包络相关同步跟踪环包络相关同步跟踪环 n一般掌握 跳频序列的同步跳频序列的同步