擴(kuò)頻通信第7章

1、1第7章擴(kuò)頻碼的同步跟蹤2 擴(kuò)頻接收機(jī)的環(huán)路擴(kuò)頻接收機(jī)的環(huán)路引言擴(kuò)頻接收機(jī)有兩個(gè)環(huán)路 （1）載波環(huán) 載波提取 采用鎖相環(huán)技術(shù) （2）碼環(huán) 同步跟蹤 采用延時(shí)鎖定環(huán)路。延時(shí)鎖定環(huán)（Delay Locked Loop，DLL） PLLDLL機(jī)理非線性反饋誤差產(chǎn)生方式鑒相器/乘法器相關(guān)器控制對象VCO輸出頻率調(diào)整對象正弦波、方波的相位擴(kuò)頻碼的時(shí)延3n 相干同步跟蹤回路相干同步跟蹤回路 利用接收信號相位信息（載波頻率和相位精確已知）；n 非相干同步跟蹤回路非相干同步跟蹤回路 不利用接收信號相位信息（載波頻率未知）。引言 擴(kuò)頻系統(tǒng)碼跟蹤回路分類擴(kuò)頻系統(tǒng)碼跟蹤回路分類延遲鎖定鑒別器都要利用接收信號與本地參

2、考信號兩個(gè)不同相位（超前和滯后超前和滯后）之間相關(guān)值的差值。n 全時(shí)間相關(guān)同步跟蹤回路全時(shí)間相關(guān)同步跟蹤回路 用兩個(gè)獨(dú)立相關(guān)器構(gòu)成延遲鎖定鑒別器。 -抖動(dòng)相關(guān)同步跟蹤回路抖動(dòng)相關(guān)同步跟蹤回路 單個(gè)相關(guān)器分時(shí)工作構(gòu)成延遲鎖定鑒別器根據(jù)相關(guān)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方式，跟蹤回路可分為4引言 DLL設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求n 均方跟蹤誤差（跟蹤抖動(dòng)）；均方跟蹤誤差（跟蹤抖動(dòng)）；n 跟蹤動(dòng)態(tài)性能。跟蹤動(dòng)態(tài)性能。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳輸延遲Td 實(shí)際上是時(shí)間t的函數(shù)Td(t) 。同步跟蹤回路就是要跟蹤這個(gè)時(shí)間函數(shù) 。在噪聲環(huán)境下，DLL帶寬的設(shè)計(jì)要在下面兩個(gè)因素間折衷考慮 u 回路帶寬寬，跟蹤的動(dòng)態(tài)性能好，但進(jìn)

3、入回路的噪聲不能被有效濾除，回路跟蹤抖動(dòng)要增大；u 回路帶寬窄，回路內(nèi)噪聲減小，跟蹤抖動(dòng)小，但跟蹤的動(dòng)態(tài)性能變差。57.1 延遲鎖定跟蹤環(huán)路的理論基礎(chǔ)n 基帶相關(guān)同步跟蹤回路；基帶相關(guān)同步跟蹤回路；n 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路；包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路；n -抖動(dòng)同步跟蹤回路；抖動(dòng)同步跟蹤回路；n 雙抖動(dòng)同步跟蹤回路；雙抖動(dòng)同步跟蹤回路；本課圍繞四種環(huán)路展開研究 67.2 基帶相關(guān)同步跟蹤回路 基帶相關(guān)同步跟蹤回路組成基帶相關(guān)同步跟蹤回路組成 也稱為基帶相關(guān)延遲鎖定回路。由延遲鎖定鑒別器延遲鎖定鑒別器、回回路濾波器路濾波器、壓控振蕩器壓控振蕩器(Voltage Control Oscillator，V

4、CO)與擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器等組成。77.2.1 基帶相關(guān)同步跟蹤回路的鑒別特性11dd1( )() ()2cu tk Ac tT c tTT22dd1( )() ()2cu tk Ac tT c tTT設(shè)輸入信號為d( )2()2 ( )r tAc tTn t【無噪聲情況下無噪聲情況下】超前與滯后相關(guān)支路乘法器輸出為 n(t)是均值為零、雙邊功率譜密度為N0/2的基帶高斯白噪聲式中， k1與k2為超前與滯后相關(guān)支路乘法器增益。假設(shè)支路完全平衡、參數(shù)完全相等，即k1=k2=k。1( )u t2( )u t 與 中的時(shí)變分量稱為碼自噪聲。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)通常要在強(qiáng)干擾或噪聲環(huán)境下工作，而碼自噪聲

5、中的大部分分量被相關(guān)支路中的低通濾波器濾除，其輸出的碼自噪聲功率遠(yuǎn)低于干擾或熱噪聲功率，故在同步跟蹤回路分析中可忽略碼自噪聲影響。碼自噪聲可以忽略不計(jì)碼自噪聲可以忽略不計(jì)如何得到的？如何得到的？87.2.1 基帶相關(guān)同步跟蹤回路的鑒別特性/21dd/211( )() ()()22ccNTcNTckAy tc tT c tTT dtkARNT/22dd/211( )() ()()22ccNTcNTckAy tc tT c tTT dtkARNT2( )u t1( )u t 與 中的直流(緩變)分量通過相關(guān)支路中的低通濾波器形成回路的跟蹤誤差信號。它們的直流分量為式中，NTc是c(t)的周期，而/

6、2dd/2111d22ccNTcccNTcRTc tTc tTTtNT/2dd/2111d22ccNTcccNTcRTc tTc tTTtNT式中， 是相對時(shí)延誤差或相對跟蹤誤差。dd/cTTT 為什么這為什么這樣求？樣求？911( )22ccccDRTRT1( )0ccccTTRT【擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼c c( (t t) )周期很長時(shí)周期很長時(shí)】，自相關(guān)函數(shù)近似為D()直接反映出同步跟蹤回路輸出信號的時(shí)延估值 對輸入信號的時(shí)延 的跟蹤誤差，稱為基帶相關(guān)同步跟蹤回路延遲鎖定鑒別器的鑒別特性曲線，簡稱S曲線曲線。dTdT7.2.1 基帶相關(guān)同步跟蹤回路的鑒別特性延遲鎖定鑒別器的輸出是兩相關(guān)支路低通濾波

7、器輸出 與 之差)(2ty)(1ty21( , )( )( )( )e ty ty tkAD(7-5) (7-4) 103302233122211( )22313222302322NDN 延遲鎖定鑒別器的鑒別特性曲延遲鎖定鑒別器的鑒別特性曲線線7.2.1 基帶相關(guān)同步跟蹤回路的鑒別特性將(7-5)帶入式(7-4)得 11( )22ccccDRTRT通常把D() 與呈線性關(guān)系的區(qū)域作為跟蹤回路的正常工作區(qū)域跟蹤回路的正常工作區(qū)域?；鶐嚓P(guān)同步跟蹤回路的正常工作區(qū)域?yàn)?-Tc/2，Tc/2) 。117.3 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路n 基帶相關(guān)同步跟蹤回路基帶相關(guān)同步跟蹤回路1.跟蹤回路的輸入信號是擴(kuò)頻

8、碼c(t)，這就要求擴(kuò)頻碼c(t)必須在同步跟蹤之前就已經(jīng)存在，也就是說接收信號必須在擴(kuò)頻碼接收信號必須在擴(kuò)頻碼的同步跟蹤之前就已經(jīng)被解調(diào)的同步跟蹤之前就已經(jīng)被解調(diào)。擴(kuò)頻系統(tǒng)通常都是在信噪比非常低的環(huán)境中工作，在未對擴(kuò)頻信號解擴(kuò)的條件下要完成這種在未對擴(kuò)頻信號解擴(kuò)的條件下要完成這種解調(diào)是很困難的解調(diào)是很困難的。另外，調(diào)制是相干的，解調(diào)之前必須提取相干載波，在信噪比非常低的條件下，提取這種相干載波也是非提取這種相干載波也是非常困難的常困難的。2.任何一個(gè)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都是從發(fā)射機(jī)向接收機(jī)傳送信息，接收信號是被被 調(diào)制的，而不僅僅是被調(diào)制的，而不僅僅是被 調(diào)制調(diào)制的。在基帶相關(guān)同步跟蹤回路的分析時(shí)，

9、我們忽略了信息信號忽略了信息信號d d( (t t) )的存在的存在。當(dāng)信息信號存在時(shí)，延遲鎖定鑒別器輸出的信號不僅與回路的跟蹤誤差有關(guān)，而且又是信息信號的函數(shù)，這樣基帶相關(guān)同步跟蹤回路不能正常工作。dd() ()d tT c tTd()c tT12圖7-4 包絡(luò)相關(guān)碼跟蹤回路的原理框圖 7.3 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路137.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理回路輸入信號回路輸入信號dd00( )2() ()cos(2)( )r tAc tT d tTf tn t本地振蕩器輸出本地振蕩器輸出0IF( )2 2cos 2()bb tfft11d0IF22d0IF1( )2cos 2()21(

10、)2cos 2()2cbcba tk c tTTffta tk c tTTfft本地輸入相關(guān)器信號本地輸入相關(guān)器信號12kkk延遲鎖定鑒別器的兩支路完全平衡、參數(shù)完全相等，即147.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理【忽略噪聲情況忽略噪聲情況】，延遲鎖定鑒別器的乘法器輸出1dddIF0ddd0IF001( )()()cos(2)21()()cos 2(2)22ccu tkAc tT c tTTd tTf tkAc tT c tTTd tTfft2dddIF0ddd0IF001( )()()cos(2)21()()cos 2(2)22ccu tkAc tT c tTTd tTf tkAc t

11、T c tTTd tTfft設(shè)中頻濾波器的中心頻率為fIF ，單邊等效噪聲帶寬是Bn 。設(shè)擴(kuò)頻碼c(t) 、信息信號d(t)和載波相位0均相互獨(dú)立。157.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理并設(shè)中頻濾波器的帶寬正好讓 通過，所以信號u1(t) 中，只有 的直流分量與 的乘積能通過中頻濾波器；而 的其他分量與 的頻譜進(jìn)行卷積后，落在中頻濾波器的通帶外。IF( )cos(2)bd tf tdd() (/ 2)cc tT c tTTIF( )cos(2)bd tf tdd() (/ 2)cc tT c tTTIF( )cos(2)bd tf t均，即dd() (/ 2)cc tT c tTT/2

12、dd/211d22ccNTcccNTcTc tTc tTtRTNT同理 /2dd/211d22ccNTcccNTcTc tTc tTtRTNT的直流分量直流分量是在一個(gè)周期內(nèi)對時(shí)間求平16兩支路中頻濾波器輸出兩支路中頻濾波器輸出 1dIF02dIF01( )()cos(2)21( )()cos(2)2ccccw tkARTd tTf tw tkARTd tTf t2221IF02222IF01( )1 cos(2 22)221( )1 cos(2 22)22cccck Az tRTf tk Az tRTf t7.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理平方器件輸出平方器件輸出 17低通濾波器輸出

13、低通濾波器輸出22211( , )( )( )( )2e ty ty tk A D2211( )22ccccDRTRT7.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理222122221( )221( )22cccck Ay tRTk Ay tRT延遲鎖定鑒別器輸出延遲鎖定鑒別器輸出( (鑒別特性曲線）鑒別特性曲線） （7-30）18223302233122211( )22231322233022NDN 若系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益較高，則有若系統(tǒng)的擴(kuò)頻處理增益較高，則有 （7-31）1( )0ccccTTRT（7-5）7.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理19包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路延遲鎖定鑒別器包絡(luò)相關(guān)同

14、步跟蹤回路延遲鎖定鑒別器S曲線曲線 圖7-7 包絡(luò)相關(guān)碼跟蹤回路延遲鎖定鑒別器的S曲線7.3.1 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的工作原理20忽略碼自噪聲的情況下，僅考慮高斯白噪聲影響。忽略碼自噪聲的情況下，僅考慮高斯白噪聲影響。設(shè)輸入噪聲是帶限零均值的高斯白噪聲，其雙邊功率譜密度是N0/2 ，表示為0000( )2( )cos(2)2( )sin(2)csn tn tf tn tf t超前與滯后相關(guān)支路乘法器輸出噪聲分量為（忽略 項(xiàng)）IF02ff 1dIF0IF02dIF0IF01( )( )cos 2( )sin 221( )( )cos 2( )sin 22nccsnccsutkc tTTn tf

15、n tfutkc tTTn tfn tf（7-32）7.3.2 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的數(shù)學(xué)模型及跟蹤抖動(dòng)下面，分析低通濾波器輸出端噪聲特性低通濾波器輸出端噪聲特性。21令I(lǐng)F0IF0( )( )cos(2)( )sin(2)csn tkn tf tkn tf t則有1d12d21( )( )( )21( )( )( )2ncncutc tTTn tn tutc tTTn tn t由于噪聲 和擴(kuò)頻碼c(t)相互獨(dú)立，故進(jìn)入中頻濾波器的進(jìn)入中頻濾波器的噪聲功率譜噪聲功率譜應(yīng)為它們功率譜的卷積積分，有)(tn12( )( )( )( )nnncSfSfSfSf（7-33）7.3.2 包絡(luò)相關(guān)同步跟蹤回路的數(shù)學(xué)模型及跟蹤抖動(dòng)22（7-34）由于中頻濾波器等效噪聲帶寬都遠(yuǎn)小于輸入噪聲帶寬與擴(kuò)頻碼帶寬，則在中頻濾波器的等效噪聲帶寬內(nèi)，擴(kuò)頻碼功率譜密在中頻濾波器的等效噪聲帶寬內(nèi)，擴(kuò)頻碼功率譜密度函數(shù)可近似認(rèn)為是常數(shù)度函數(shù)可近似認(rèn)為是常數(shù)。因此中頻濾波器輸出的噪聲可認(rèn)為是窄帶高斯噪聲可認(rèn)為是窄帶高斯噪聲?？杀硎緸?1IF01IF022IF02IF0( )( )cos(2)( )sin(2)( )( )cos(2)( )sin(2)ncsncswtkntf tkntf twtkntf tkntf t功率譜功率譜為 112222( )( )( )(