扩频通信第7章

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1、1,第7章,扩频码的同步跟踪,2,扩频接收机的环路,引言,扩频接收机有两个环路 （1）载波环 载波提取 采用锁相环技术 （2）码环 同步跟踪 采用延时锁定环路。,延时锁定环（Delay Locked Loop，DLL）,3,相干同步跟踪回路 利用接收信号相位信息（载波频率和相位精确已知）； 非相干同步跟踪回路 不利用接收信号相位信息（载波频率未知）。,引言,扩频系统码跟踪回路分类,延迟锁定鉴别器都要利用接收信号与本地参考信号两个不同相位（超前和滞后）之间相关值的差值。,全时间相关同步跟踪回路 用两个独立相关器构成延迟锁定鉴别器。 -抖动相关同步跟踪回路 单个相关器分时工作构成延迟锁定鉴别器,根

2、据相关运算的实现方式，跟踪回路可分为,4,引言,DLL设计要求,均方跟踪误差（跟踪抖动）； 跟踪动态性能。,在发射机和接收机之间有相对运动时，传输延迟Td 实际上是时间t的函数Td(t) 。同步跟踪回路就是要跟踪这个时间函数 。,在噪声环境下，DLL带宽的设计要在下面两个因素间折衷考虑,回路带宽宽，跟踪的动态性能好，但进入回路的噪声不能被有效滤除，回路跟踪抖动要增大；,回路带宽窄，回路内噪声减小，跟踪抖动小，但跟踪的动态性能变差。,5,7.1 延迟锁定跟踪环路的理论基础,基带相关同步跟踪回路； 包络相关同步跟踪回路； -抖动同步跟踪回路； 双抖动同步跟踪回路；,本课围绕四种环路展开研究,6,7

3、.2 基带相关同步跟踪回路,基带相关同步跟踪回路组成 也称为基带相关延迟锁定回路。由延迟锁定鉴别器、回路滤波器、压控振荡器(Voltage Control Oscillator，VCO)与扩频码产生器等组成。,7,7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性,设输入信号为,【无噪声情况下】超前与滞后相关支路乘法器输出为,n(t)是均值为零、双边功率谱密度为N0/2的基带高斯白噪声,式中， k1与k2为超前与滞后相关支路乘法器增益。假设支路完全平衡、参数完全相等，即k1=k2=k。,如何得到的？,8,7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性,与 中的直流(缓变)分量通过相关支路中的低通滤波器形成

4、回路的跟踪误差信号。它们的直流分量为,式中，NTc是c(t)的周期，而,式中， 是相对时延误差或相对跟踪误差。,为什么这样求？,9,【扩频码c(t)周期很长时】，自相关函数近似为,D()直接反映出同步跟踪回路输出信号的时延估值 对输入信号的时延 的跟踪误差，称为基带相关同步跟踪回路延迟锁定鉴别器的鉴别特性曲线，简称S曲线。,7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性,延迟锁定鉴别器的输出是两相关支路低通滤波器输出 与 之差,(7-5),(7-4),10,延迟锁定鉴别器的鉴别特性曲线,7.2.1 基带相关同步跟踪回路的鉴别特性,将(7-5)带入式(7-4)得,通常把D() 与呈线性关系的区域作为

5、跟踪回路的正常工作区域。基带相关同步跟踪回路的正常工作区域为(-Tc/2，Tc/2) 。,11,7.3 包络相关同步跟踪回路,基带相关同步跟踪回路存在的问题 1.跟踪回路的输入信号是扩频码c(t)，这就要求扩频码c(t)必须在同步跟踪之前就已经存在，也就是说接收信号必须在扩频码的同步跟踪之前就已经被解调。扩频系统通常都是在信噪比非常低的环境中工作，在未对扩频信号解扩的条件下要完成这种解调是很困难的。另外，调制是相干的，解调之前必须提取相干载波，在信噪比非常低的条件下，提取这种相干载波也是非常困难的。 2.任何一个扩频通信系统都是从发射机向接收机传送信息，接收信号是被 调制的，而不仅仅是被 调制

6、的。在基带相关同步跟踪回路的分析时，我们忽略了信息信号d(t)的存在。当信息信号存在时，延迟锁定鉴别器输出的信号不仅与回路的跟踪误差有关，而且又是信息信号的函数，这样基带相关同步跟踪回路不能正常工作。,12,图7-4 包络相关码跟踪回路的原理框图,7.3 包络相关同步跟踪回路,13,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,回路输入信号,本地振荡器输出,本地输入相关器信号,延迟锁定鉴别器的两支路完全平衡、参数完全相等，即,14,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,【忽略噪声情况】，延迟锁定鉴别器的乘法器输出,设中频滤波器的中心频率为fIF ，单边等效噪声带宽是Bn 。,设扩频码c(t

7、) 、信息信号d(t)和载波相位j0均相互独立。,15,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,并设中频滤波器的带宽正好让 通过，所以信号u1(t) 中，只有 的直流分量与 的乘积能通过中频滤波器；而 的其他分量与 的频谱进行卷积后，落在中频滤波器的通带外。,均，即,同理,的直流分量是在一个周期内对时间求平,16,两支路中频滤波器输出,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,平方器件输出,17,低通滤波器输出,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,延迟锁定鉴别器输出(鉴别特性曲线）,（7-30）,18,若系统的扩频处理增益较高，则有,（7-31）,（7-5）,7.3.1 包络相关

8、同步跟踪回路的工作原理,19,包络相关同步跟踪回路延迟锁定鉴别器S曲线,图7-7 包络相关码跟踪回路延迟锁定鉴别器的S曲线,7.3.1 包络相关同步跟踪回路的工作原理,20,忽略码自噪声的情况下，仅考虑高斯白噪声影响。,设输入噪声是带限零均值的高斯白噪声，其双边功率谱密度是N0/2 ，表示为,超前与滞后相关支路乘法器输出噪声分量为（忽略 项）,（7-32）,7.3.2 包络相关同步跟踪回路的数学模型及跟踪抖动,下面，分析低通滤波器输出端噪声特性。,21,令,则有,由于噪声 和扩频码c(t)相互独立，故进入中频滤波器的噪声功率谱应为它们功率谱的卷积积分，有,（7-33）,7.3.2 包络相关同步跟踪回路的数学模型及跟踪抖动,22,（7-34）,由于中频滤波器等效噪声带宽都远小于输入噪声带宽与扩频码带宽，则在中频滤波器的等效噪声带宽内，扩频码功率谱密度函数可近似认为是常数。,因此中频滤波器输出的噪声可认为是窄带高斯噪声。可表示为,功率谱为,式中，H(f)是中频滤波器的传输函数。,7.3.2 包络相关同步跟踪回路的数学模型及跟踪抖动,23,由于中频滤波器的等效噪声带宽远小于扩频码的带宽，因此有,(7-35),(7-36),7.3.2 包络相关同步跟踪回路的数学模型及跟踪抖动,