摘 要： 針對直擴(kuò)接收機(jī)" title="直擴(kuò)接收機(jī)">直擴(kuò)接收機(jī)同步跟蹤環(huán)節(jié)的干擾問題，對其同步跟蹤鎖相環(huán)路進(jìn)行了研究。以“全時(shí)間超前―滯后非相干跟蹤環(huán)路”為研究平臺，分析其性能，提出一種輔助電路" title="輔助電路">輔助電路，并對其進(jìn)行了理論論證和仿真分析。結(jié)果表明，改進(jìn)后的電路可有效地克服直擴(kuò)接收機(jī)中開關(guān)函數(shù)波形前后沿不陡峭而引起的瞬變" title="瞬變">瞬變干擾。為工程中直擴(kuò)接收機(jī)的性能改進(jìn)提供了參考。
關(guān)鍵詞： 直擴(kuò)接收機(jī) 同步跟蹤 瞬變干擾
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直接序列擴(kuò)頻" title="擴(kuò)頻">擴(kuò)頻接收機(jī)解擴(kuò)系統(tǒng)的作用是使收、發(fā)兩端擴(kuò)頻碼精確同步。同步需要兩個(gè)階段完成：同步捕獲與同步跟蹤。同步捕獲要求接收機(jī)本地PN碼與接收到的信號的PN碼相位差縮小到一個(gè)碼片或更小的范圍內(nèi)；同步跟蹤要求接收機(jī)本地PN碼相位一直跟隨接收到的PN碼的相位變化。同步跟蹤系統(tǒng)的主體是具有自動相位調(diào)節(jié)功能的鎖相環(huán)路。用于直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的典型跟蹤環(huán)路有基帶相關(guān)同步跟蹤環(huán)路[1]，它將接收的擴(kuò)頻信號經(jīng)射頻濾波放大，送給載頻解調(diào)器獲得擴(kuò)頻序列的基帶信號。該信號分兩路作有
Tc(偽碼寬度)的解擴(kuò)，再經(jīng)低通濾波后相減，輸出誤差信號；該信號經(jīng)環(huán)路濾波控制時(shí)鐘的壓控振蕩器，從而調(diào)整本地?cái)U(kuò)頻序列的相位與發(fā)送來的擴(kuò)頻序列相位完全一致。參考文獻(xiàn)[2]敘述的全時(shí)間超前-滯后非相干跟蹤環(huán)路的特點(diǎn)是解擴(kuò)不要求先產(chǎn)生相干載波，在它的鑒別器中用的是能量檢測器，這種電路對數(shù)據(jù)調(diào)制和載波相位都不敏感?；鶐嚓P(guān)同步跟蹤環(huán)路用于實(shí)際擴(kuò)頻系統(tǒng)中會遇到兩個(gè)問題。首先輸入信號必須在碼跟蹤之前被解調(diào)，通常擴(kuò)頻系統(tǒng)工作在非常低的信噪比環(huán)境中，不易實(shí)現(xiàn)這樣的解調(diào)系統(tǒng);再者，解調(diào)是相干的，解調(diào)之前所用相干載波并非先驗(yàn)信息，在信噪比較低的情況下這又是一個(gè)難點(diǎn)。所以廣泛用于直接序列同步跟蹤系統(tǒng)的是后一種類型。
本文以全時(shí)間超前―滯后非相干跟蹤環(huán)路為研究平臺，分析其性能。針對其瞬變干擾問題，在實(shí)際直擴(kuò)接收機(jī)電路的基礎(chǔ)上，增加輔助電路，并對其進(jìn)行理論論證和仿真分析。
1 環(huán)路構(gòu)成及特性分析
全時(shí)間超前―滯后非相干碼跟蹤環(huán)原理框圖如圖1所示，設(shè)輸入信號y(t)為：
式(2)中d(t)為濾波后的數(shù)據(jù)波型，RPN
和RPN分別為超前滯后PN碼與PN(t-τ)的互相關(guān)波形，nL(t)與nE(t)分別為兩路輸出的噪聲項(xiàng)。忽略濾波器對PN碼波形的影響，由(2)式可得間隔為半個(gè)碼元的鑒相曲線如圖2所示，該曲線的線性部分，具有很好的鑒相特性?？梢?，圖1所示系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)PN碼的跟蹤。但在分析推算過程中包含一個(gè)重要假設(shè)，即含有相關(guān)器、濾波器、平方器的兩條路徑增益必須一致，否則，將失去平衡，將會有偏移電壓疊加到誤差電壓中，給同步跟蹤性能帶來嚴(yán)重影響，而絕對平衡又是不容易實(shí)現(xiàn)的，對此，又出現(xiàn)了非相干時(shí)分碼跟蹤環(huán)[3]，又叫抖動跟蹤環(huán)[4]，該電路的特點(diǎn)是只用一個(gè)相關(guān)器的路徑，用時(shí)分方式獲得本地超前或滯后的ＰＮ碼序列。對于該電路的原理，Stone、Huang、Hartmann[3]等人均作過詳細(xì)分析，所得結(jié)論與全時(shí)間超前-滯后非相干碼跟蹤環(huán)基本一致。但是，它的優(yōu)點(diǎn)是犧牲了跟蹤回路噪聲性能換來的，這是因?yàn)榻鈹U(kuò)信號按時(shí)分各取一半，相關(guān)功率損失3dB，使其信噪比下降。
Hopkins[5]提出了一種跟蹤環(huán)路，稱為雙抖動同步跟蹤環(huán)路。分析可得，該跟蹤回路既能解決全時(shí)間跟蹤回路的兩路增量不平衡問題，又能解決非相干時(shí)分碼跟蹤環(huán)噪聲性能變壞的問題。該系統(tǒng)的鑒別器結(jié)構(gòu)是利用開關(guān)函數(shù)使前、后相關(guān)通道輪流交換，使得經(jīng)差分后的輸出信號中由兩個(gè)通道增量不平衡造成的影響相互抵消，同時(shí)，不損失通道的信噪比。但是該電路應(yīng)用開關(guān)函數(shù)，由于帶寬的限制，所產(chǎn)生信號波形的前后沿不陡峭，這將引起瞬變干擾，這種干擾等效于一種特殊的干擾噪聲，嚴(yán)重時(shí)會改變壓控震蕩器的工作狀態(tài)，造成同步紊亂。
2 帶有輔助電路的雙抖動同步跟蹤環(huán)路
前述雙抖動同步跟蹤環(huán)路所用開關(guān)信號q(t)一般由門電路產(chǎn)生。如前所述，由于系統(tǒng)的頻率性能所限，使得所產(chǎn)生脈沖信號的上升沿及下降沿出現(xiàn)指數(shù)特性，這將引起瞬變干擾。對此，本文提出一種輔助電路，對脈沖波形進(jìn)行加工，使其前后沿變陡，配合所設(shè)計(jì)的開關(guān)電路，可有效地克服雙抖動同步跟蹤環(huán)路電路中的瞬變干擾。仿真結(jié)果表明了該模式的良好性能。
2.1 電路構(gòu)成及工作原理
雙抖動同步跟蹤環(huán)路中帶有輔助電路的開關(guān)電路如圖3所示。脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生開關(guān)信號q′(t)，波形的起始部分可表示為指數(shù)函數(shù)，歸一化后可表示為：
可見，突變沿不陡峭的影響基本消除，微分電路" title="微分電路">微分電路的輸出可有陡峭的突變沿，作為開關(guān)信號可消除瞬變干擾。
對于模擬開關(guān)部分，當(dāng)微分電路輸出+1時(shí)，前擴(kuò)碼與乘法器3相連，后擴(kuò)碼與圖3中乘法器4相連；當(dāng)輸出為0時(shí)，前擴(kuò)碼與乘法器2相連，后擴(kuò)碼與乘法器1相連。微分電路輸出1、0交替信號，延時(shí)半個(gè)周期后變成0、1交替信號。在某一時(shí)刻當(dāng)微分電路輸出信號值顯示為1時(shí)，延時(shí)電路的信號即為0。這里前擴(kuò)碼用PN1(t)表示，后擴(kuò)碼用表示PN2(t)。當(dāng)微分電路輸出1時(shí)，在左半電路中，有：
即前擴(kuò)碼由左路輸出(輸出端1)，后擴(kuò)碼由右路輸出(輸出端2)；當(dāng)微分電路輸出0時(shí)，同樣的分析思路可知，前擴(kuò)碼由右路輸出(輸出2)，后擴(kuò)碼由左路輸出(輸出1)，完好地實(shí)現(xiàn)了開關(guān)轉(zhuǎn)換功能。
2.2 仿真研究
在動態(tài)電路仿真軟件SystemView仿真平臺下，對于圖3所示電路，建立仿真電路模型，運(yùn)行仿真程序，得如圖4所示的仿真圖形?？梢?，q(t)波形完全克服了q′(t)的過渡沿，并且，加輔助電路后，消除了由于脈沖跳變的過渡過程而帶來的瞬變干擾。
擴(kuò)頻通信由于具有抗干擾性強(qiáng)、安全可靠、功率密度低等諸多優(yōu)點(diǎn)，與光纖通信、衛(wèi)星通信一起被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸形式。而擴(kuò)頻接收機(jī)的性能直接關(guān)系著擴(kuò)頻技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。擴(kuò)頻信號的捕獲與跟蹤是擴(kuò)頻接收機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為此，人們進(jìn)行了大量的研究。參考文獻(xiàn)[6]介紹通過相位轉(zhuǎn)換開關(guān)改善系統(tǒng)性能，但不能克服瞬變干擾；參考文獻(xiàn)[7]通過混合系統(tǒng)來改善脈沖波形，并通過了仿真驗(yàn)證，但系統(tǒng)的復(fù)雜度大為增加。本文所提出的方案在原有實(shí)際系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)實(shí)用單元，為實(shí)際工程中直擴(kuò)接收機(jī)性能的改進(jìn)提供了參考。
參考文獻(xiàn)
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7 Krinsky D M，Haddad A H. An adaptive direct-sequence spread-spectrum receiver for burst type interference[J]. IEEE journal on selected areas in communications，1995;(13)59～70