什么是pn碼(CDMA系統(tǒng)的PN碼技術(shù))

1、什么是pn碼（cdm碌統(tǒng)的pn碼技術(shù)）發(fā)布時(shí)間：2007-06-16來源：武漢理工大學(xué) 作者:1 .cdm麻統(tǒng)中的pn碼同步原理發(fā)射機(jī)和接收機(jī)采用高精確度和高穩(wěn)定度的時(shí)鐘頻率源，以保證頻率和相位的穩(wěn)定性。但在實(shí)際應(yīng)用中，存在許多事先無法估計(jì)的不確定因素，如收發(fā)時(shí)鐘不穩(wěn)定、發(fā)射時(shí)刻不確定、 信道傳輸時(shí)延及干擾等，尤其在移動(dòng)通信中，這些不確定因素都有隨機(jī)性，不能預(yù)先補(bǔ)償，只 能通過同步系統(tǒng)消除。因此，在 cdmat頻通信中，同步系統(tǒng)必不可少。pn也序列同步是擴(kuò)頻系統(tǒng)特有的,也是擴(kuò)頻技術(shù)中的難點(diǎn)。cdm解統(tǒng)要求接收機(jī)的本地偽隨機(jī)碼與接收到的pn碼在結(jié)構(gòu)、頻率和相位上完全一致，否則就不能正常接收所發(fā)送

2、的信 息，接收到的只是一片噪聲。若實(shí)現(xiàn)了收發(fā)同步但不能保持同步，也無法準(zhǔn)確可靠地獲取所發(fā) 送的信息數(shù)據(jù)。因此，pn碼序列的同步是cdmat頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。cdm原統(tǒng)中的pn碼同步過程分為pn碼捕獲（精同步）和pn碼跟蹤（細(xì)同步）兩部分。pn碼捕獲是精調(diào)本地pnb的頻率和相位，使本地產(chǎn)生的pn碼與接收到的pn碼問定時(shí)誤差小 于1個(gè)碼片間隔tc,可采用基于滑動(dòng)相關(guān)的串行捕獲方案或基于時(shí)延估計(jì)問題的并行捕獲方 案。pn碼跟蹤則自動(dòng)調(diào)整本地碼相位，進(jìn)一步縮小定時(shí)誤差，使之小于碼片間隔的幾分之一， 達(dá)到本地碼與接收pn碼頻率和相位精確同步。典型的pn碼跟蹤環(huán)路分基于遲早門定時(shí)誤差檢 測器的延遲鎖定環(huán)及

3、t抖動(dòng)環(huán)兩種。-（學(xué)電腦）接收信號(hào)經(jīng)寬帶濾波器后，在乘地器中與本地 pn碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。捕獲器件調(diào)整壓控時(shí) 鐘源，用以調(diào)整pn碼發(fā)生器產(chǎn)生的本地pn碼序列的頻率和相位，捕獲有用信號(hào)。一旦捕獲到 有用信號(hào)，啟動(dòng)跟蹤器件，用以調(diào)整壓控鐘源，使本地pn碼發(fā)生器與外來信號(hào)保持精確同步。 如果由于某種原因引起失步，則重新開始新一輪捕獲和跟蹤。同步過程包含捕獲和跟蹤兩個(gè)階段閉環(huán)的自動(dòng)控制和調(diào)整2 .pn碼序列捕獲pn碼序列捕獲指接收機(jī)在開始接收擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，選擇和調(diào)整接收機(jī)的本地?cái)U(kuò)頻pn序列相 位，使它與發(fā)送的擴(kuò)頻pn序列相位基本一致，即接收機(jī)捕捉發(fā)送的擴(kuò)頻pn序列相位，也稱為擴(kuò)頻pn序列的初始同步。在cd

4、ma（統(tǒng)接收端，一般解擴(kuò)過程都在載波同步前進(jìn)行， 實(shí)現(xiàn)捕獲 大多采用非相干檢測。接收到擴(kuò)頻信號(hào)后，經(jīng)射頻寬帶濾波放大及載波解調(diào)后，分別送往2n擴(kuò)頻pn序列相關(guān)處理解擴(kuò)器（n是擴(kuò)頻pn序列長）。2n個(gè)輸出中哪個(gè)輸出最大，該輸出對(duì)應(yīng) 的相關(guān)處理解擴(kuò)器所用的擴(kuò)頻 pn序列相位狀態(tài)，就是發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)的擴(kuò)頻 pn序列相位，從 而完成擴(kuò)頻pn序列捕獲。捕獲的方法有多種，如滑動(dòng)相干法、序貫估值法及匹配濾波器法等，滑動(dòng)相關(guān)法是最常用 的方法。2.1 滑動(dòng)相關(guān)法接收系統(tǒng)在搜索同步時(shí)，它的碼序列發(fā)生器以與發(fā)射機(jī)碼序列發(fā)生器不同的速率工作，致使這兩個(gè)碼序列在相位上互相滑動(dòng)，只有在達(dá)到一致點(diǎn)時(shí)，才停下來，因此稱之為

5、滑動(dòng)相關(guān)法。接收信號(hào)與本地pn碼相乘后積分，求出它們的互相關(guān)值，然后與門限檢測器的某一門限 值比較，判斷是否已捕獲到有用信號(hào)。它利用了pn碼序列的相關(guān)徨性，當(dāng)兩個(gè)相同的碼序列相位一致時(shí)，其相關(guān)值輸出最大。一旦確認(rèn)捕獲完成，捕獲指示信號(hào)的同步脈沖控制搜索控制 鐘，調(diào)整pn碼發(fā)生器產(chǎn)生的pn碼重復(fù)頻率和相位，使之與收到的信號(hào)保持同步。由于滑動(dòng)相關(guān)器對(duì)兩個(gè)pn碼序列按順序比較相關(guān)，所以該方法又稱順序搜索法?；瑒?dòng)相 關(guān)器簡單，應(yīng)用簽廣，缺點(diǎn)是當(dāng)兩個(gè) pn碼的時(shí)間差或相位差過大時(shí)，相對(duì)滑動(dòng)速度簽慢，導(dǎo) 致搜索時(shí)間過長，特別是對(duì)長 pn碼的捕獲時(shí)間過長，必須采取措施限定捕獲范圍，加快捕獲 時(shí)間，改善其性能

6、。使滑動(dòng)相關(guān)器實(shí)用的有效方法之一是采用特殊碼序列， 特殊碼序列要足夠短，以便在合理 時(shí)間內(nèi)對(duì)所有碼位進(jìn)行搜索。至于短到什么程度，由滿足相關(guān)性要求限定。這種加前置碼的方 法稱同步引導(dǎo)法。引導(dǎo)碼同步要求低、簡單易實(shí)現(xiàn)，是適合各種應(yīng)用的同步方法?？刹洞a由若干較短碼序列組合而成， 其碼序列應(yīng)與各組成碼序列保持一定的相關(guān)關(guān)系。這類碼中最著名的是jpl碼。2.2 序貫估值法序貫估值法是另一種減少長碼捕獲時(shí)間的快速捕獲方法，它把收到的 pn碼序列直接輸入 本地碼發(fā)生器的移位寄存器，強(qiáng)制改變各級(jí)寄存器的起始狀態(tài)，使其產(chǎn)生的 pn碼與外來碼相 位一致，系統(tǒng)即可立即進(jìn)行同步跟蹤狀態(tài)，縮短了本地pn碼與外來pn碼相

7、位一致所需的時(shí)間。該方法先檢測收到碼信號(hào)中的 pn碼，通過開關(guān)，送入n級(jí)pn碼發(fā)生器的移位寄存器。待 整個(gè)碼序列全部進(jìn)入填滿后，在相關(guān)器中，將產(chǎn)生的pn碼與收到的碼信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，在比較器中將所得結(jié)果與門限進(jìn)行比較。若未超過門限，則繼續(xù)上述過程。若超過門限，則停止 搜索，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。理想情況下，捕獲時(shí)間 ts=ntc, （tc為pn碼片時(shí)間寬度）。該方 法捕獲時(shí)間雖短，但存在一些問題，它先要對(duì)外來的pn碼進(jìn)行檢測，才能送入移位寄存器，要做到這一點(diǎn)有時(shí)很困難。另外，此法抗干擾能力很差，因?yàn)橹鹨粫r(shí)片進(jìn)行估值和判決，并未 利用pn碼的抗干擾特性。但在無干擾條件下，它仍有良好的快速初始同步性能

8、。2.3 匹配濾波器法用于pn同步捕獲的匹配濾波器一般采用延時(shí)線匹配濾波器，其目的是識(shí)別碼序列，它能 在特殊結(jié)構(gòu)中識(shí)別特殊序列，而且只識(shí)別該序列。假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)是7bit碼序列1110010雙相調(diào)制的信號(hào)，每當(dāng)碼有1-0過渡時(shí)，反相信號(hào)進(jìn)入延時(shí)線，直到第 1bit在t7,第2bit 在t6。當(dāng)全部時(shí)延元件都填滿，而且信號(hào)調(diào)制碼與濾波器時(shí)延元件相位一致時(shí)，t2的信號(hào)相位與t5、t6、t7的相位相同，時(shí)延元件 t1、t3、t4也具有相同的信號(hào)相位。把 t2、t5、t6、 t7與t1、t3、t4兩組分別相加，把 t1、t3、t4之和倒相輸出，再將這兩個(gè)結(jié)果相加， 包含在全部7個(gè)元件中的信號(hào)能量同相

9、相加，整個(gè)輸出是未處理的7倍。根據(jù)該能量關(guān)系可以 識(shí)別碼序列。要增強(qiáng)產(chǎn)生的信號(hào)，可以靠附加更多的時(shí)延元件實(shí)現(xiàn)，在這種結(jié)構(gòu)中得到的處理增益為 gp=10lgn （n是參加求和的時(shí)延元件數(shù)）。在要求快速鎖定及使用長碼的 cdmat頻通信中，宜采用saw-tdl-mf同步器。對(duì)于待定 信號(hào)，匹配濾波器具有時(shí)間自動(dòng)能力，無需pn碼時(shí)鐘同步與rf載波相位鎖定，既避免了數(shù)據(jù) 信息比特以外的同步，又完成了擴(kuò)頻信號(hào)的相關(guān)處理。引導(dǎo)碼進(jìn)入程控編碼saw-tdl-mf,其輸出是噪聲基底上的底尖相關(guān)峰。在擴(kuò)頻通信中，噪聲功率控制接收機(jī)的agc因而信號(hào)功率（即相關(guān)峰值）在起伏的噪聲環(huán)境中變化很大。門限計(jì)算器的功能根據(jù)

10、包絡(luò)檢測輸出，確定 動(dòng)態(tài)門限電平，提供給同步檢測器，保證在低snr寸有可允許的同步誤差。動(dòng)態(tài)門限電平取在 主峰高度與最大旁峰之間時(shí)，噪聲引起的底同步誤差最小。當(dāng)saw-td險(xiǎn)波輸出包絡(luò)超過動(dòng)態(tài) 門限時(shí)，同步檢測器為接收機(jī)寬帶頻率合成器提供一個(gè)邏輯電平同步信號(hào)。3 .pn碼序列跟蹤當(dāng)同步系統(tǒng)完成捕獲過程后，同步系統(tǒng)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。所謂跟蹤，是使本地碼的相位一直 隨接收到的偽隨機(jī)碼相位改變，與接收到的偽隨機(jī)碼保持較精確的同步。 跟蹤環(huán)路不斷校正本 地序列的時(shí)鐘相位，使本地序列的相位變化與接收信號(hào)相位變化保持一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的相位鎖定，使同步誤差盡可能小，正常接收擴(kuò)頻信號(hào)。跟蹤是閉環(huán)運(yùn)行的，當(dāng)兩端

11、相位出現(xiàn)差 別后，環(huán)路能根據(jù)誤差大小自動(dòng)調(diào)整，減小誤差，因此同步系統(tǒng)多采用鎖相技術(shù)。跟蹤環(huán)路可分為相干與非相干兩種。前者在確知發(fā)端信號(hào)載波頻率和相位的情況下工作， 后者在不確知的情況下工作。實(shí)際上大多數(shù)應(yīng)用屬于后者。常用的跟蹤環(huán)路有延遲鎖定環(huán)及 t抖動(dòng)環(huán)兩種，延遲鎖定環(huán)采用兩個(gè)獨(dú)立的相關(guān)器，t 抖動(dòng)環(huán)采用分時(shí)的單個(gè)相關(guān)器。3.1 延遲鎖相環(huán)當(dāng)本地pn碼產(chǎn)生器第（n-2）和第n級(jí)移位寄存器輸出pn碼相位超前于接收到的偽隨機(jī) 碼相位時(shí)（即兩碼的相對(duì)時(shí)差 0p3.2 t抖動(dòng)跟蹤環(huán)抖動(dòng)環(huán)是跟蹤環(huán)的另一種形式，與延時(shí)鎖定環(huán)相同，接收信號(hào)與本地產(chǎn)生pn序列的超前滯后形式相關(guān)，誤差信號(hào)由單個(gè)相關(guān)器以交替的形

12、式相關(guān)后得到。pn碼序列產(chǎn)生器由一個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，時(shí)鐘信號(hào)的相位二元信號(hào)的變化來回“擺動(dòng)”， 去除了必須保證兩個(gè)通道傳遞函數(shù)相 同的要求，因此抖動(dòng)環(huán)路實(shí)現(xiàn)簡單。與延時(shí)鎖定環(huán)相比，信噪比性能惡化大約3db。延遲鎖定環(huán)及r抖動(dòng)環(huán)不僅能起跟蹤作用，如果采用滑動(dòng)相關(guān)概念，使本地vcoff始時(shí)就與接收信號(hào)有一定頻差，也能起到捕獲作用。止匕外，另加一相關(guān)器，還可以起到解碼作用。上述兩種跟蹤環(huán)路的主要跟蹤對(duì)象是單徑信號(hào)，但在移動(dòng)信道中，由于受到多徑衰落及多 普勒頻移等多種復(fù)雜因素影響，不能得到令人滿意的跟蹤性能，所以 cdmat頻通信系統(tǒng)應(yīng)采 用適合多徑衰落信道的跟蹤環(huán)?；谀芰看爸匦牡亩〞r(shí)跟蹤環(huán)就是其中之一。

13、cdm原字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)采用擴(kuò)頻技術(shù)，其擴(kuò)頻帶寬使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的多徑分辨能力。接收機(jī)不斷搜索可分辨多徑信號(hào)分量， 選出其中能量最強(qiáng)的j個(gè)多徑分量作為能量窗，利用基于 能量窗重心的定時(shí)跟蹤算法，觀察相鄰兩次工作窗內(nèi)多徑能量分布變化，計(jì)算跟蹤誤差函數(shù)， 根據(jù)能量重心變化，調(diào)整本地 pn碼時(shí)鐘，控制pn碼滑動(dòng)，達(dá)到跟蹤目的。采用該跟蹤環(huán)的目 的是使用于rakes收的工作窗內(nèi)多徑能量之和最大，接收機(jī)性能更好。仿真結(jié)果表明，與dll 跟蹤單徑相比，采用基于能量窗重心的定時(shí)跟蹤法跟蹤有效多徑成分具有更好的性能。pn碼就是偽隨機(jī)碼，具有與二元隨機(jī)序列性質(zhì)相似的周期性碼組。是一種預(yù)先確定，并可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的具有某種

14、隨機(jī)特性的碼，它雖然僅有2個(gè)電平，卻具有類似白噪聲的相關(guān)特性，只是幅 度概率分布不再服從高斯分布。用在ofdm系統(tǒng)中，可能是基于 pn序列的同步算法或者是基于pn序列的頻偏信道參數(shù)估計(jì)算法，充分利用pn序列的相關(guān)特性，具有良好的抗噪特cpld實(shí)現(xiàn)性、衰落信道適應(yīng)性和高的估計(jì)精度。pn碼的大步進(jìn)捕獲原理及其上網(wǎng)日期：2002年07月28日申請(qǐng)免費(fèi)雜志囁i 皿 心 收藏 磺 打印版 q推薦給同仁 口 發(fā)送查詢關(guān)鍵字：spread spectrum communication large step fastacquisition pseudo-random code capture cpld本文總結(jié)

15、并比較擴(kuò)頻通信中pn碼捕獲的各種方法，并著重介紹由大步進(jìn)快速捕 獲延遲鎖定環(huán)構(gòu)成的解擴(kuò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)理。提 出用cpld寸該系統(tǒng)中關(guān)鍵部件？?pn碼發(fā)生器和大步 進(jìn)邏輯電路數(shù)字化的方案，并給出解決辦法。擴(kuò)頻通信就是在發(fā)端將一個(gè)速率遠(yuǎn)高于信號(hào)頻率的偽隨機(jī)序列（本地pn碼）與信號(hào)相乘，產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)， 從而拓寬信號(hào)頻譜；在收端用一個(gè)與發(fā)端完全相同的 偽隨機(jī)序列與接收到的擴(kuò)頻信號(hào)相乘，通過窄帶濾波器濾除帶外干擾，提高解調(diào)前信號(hào)的信噪比。在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中對(duì)發(fā)端pn碼的同步是個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，沒有對(duì)發(fā)端pn碼的捕獲和同步就根本無法實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)， 也就無法獲得擴(kuò)頻通信的各項(xiàng)優(yōu)勢。本文將對(duì)擴(kuò)頻通信中pn碼捕獲

16、的幾種常用方法進(jìn)行比較和討論，并重點(diǎn)論述一項(xiàng)相對(duì)比較新的解擴(kuò)技術(shù)？?大步進(jìn)快速捕獲 技術(shù)以及如何將復(fù)雜可編程邏輯器件技術(shù)應(yīng)用其中完成本地pn碼發(fā)生器和大步進(jìn)邏輯的數(shù)字化 擴(kuò)頻通信中pn碼的捕獲方法同步不確定性包括碼相位不確定性和載波頻率不確定性，因此實(shí)現(xiàn)pn碼的同步包含兩個(gè)步驟。首先是捕獲，使本地參考碼和接收碼的相位差小于一個(gè)碼元寬度，使本振的中心頻率精確到使去擴(kuò)譜信號(hào)位于相關(guān)后濾波器的通帶內(nèi)，保證解調(diào)器能夠很好地工作，這個(gè)過程也稱粗同步；第二步是跟蹤，也稱精同步，使得兩個(gè) pn碼的相位差保持為一個(gè)|pn碼碼元的若干分之一。跟蹤的問題可以由延遲鎖定 環(huán)很好地解決，而pn碼的捕獲，特別是低信噪比

17、下長序列pn碼的快速捕獲，已 經(jīng)成為擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中很重要的一個(gè)問題。傳統(tǒng)的pn碼捕獲主要有以下幾種方法：1 .單步進(jìn)搜索：這是最原始的搜索方法，它逐次移動(dòng)一個(gè)相位步進(jìn)量（一個(gè)pn碼碼元），每移動(dòng)一次作一次相關(guān)判決，直到兩個(gè) pn碼同步。2 .滑動(dòng)相關(guān)：使本地碼產(chǎn)生器同發(fā)射碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘速率有一定的差率，從而 使兩個(gè)碼序列從相位上看起來好象在相對(duì)滑動(dòng)，直到兩序列相符時(shí)滑動(dòng)停止。3 .多駐留式搜索：以雙駐留式搜索為例。設(shè)置兩個(gè)積分時(shí)間t1和t2 , t1較短，用于粗同步的初次估計(jì)，t2相對(duì)較長，用于粗同步的二次估計(jì)。當(dāng)在 t1時(shí)間內(nèi) 的積分值沒有超過門限時(shí)，本地pn碼步進(jìn)一個(gè)相位單元，進(jìn)入下一輪相

18、關(guān)判斷； 若超過了門限值，則在t2時(shí)間內(nèi)再做積分，若沒超過門限值，則認(rèn)為兩pn碼沒 有同步，本地pn碼步進(jìn)一個(gè)相位單元，進(jìn)入下一輪相關(guān)判斷。重復(fù)上述步驟， 直到兩pn碼同步為止。4 .雙門限判決：該方法是在進(jìn)行相關(guān)判決時(shí)設(shè)置上、下兩個(gè)判決門限。相關(guān)結(jié) 果高于上門限時(shí)認(rèn)為已同步，低于下門限時(shí)認(rèn)為未同步，位于上下門限之間時(shí)， 增加積分時(shí)間做進(jìn)一步的判決。5 .匹配濾波器：當(dāng)信號(hào)為實(shí)函數(shù)時(shí)，相關(guān)和卷積只差時(shí)間的反轉(zhuǎn)。當(dāng)輸入是直 接序列擴(kuò)頻信號(hào)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)匹配濾波器，使其單位脈沖響應(yīng)為pn碼的時(shí)間反轉(zhuǎn)，當(dāng)擴(kuò)頻信號(hào)輸入到達(dá)一個(gè) pn碼周期時(shí)，有一個(gè)最大相關(guān)輸出，令該輸出對(duì) 本地pn碼發(fā)生器置位，使兩pm

19、s達(dá)到粗同步。在載波頻率較高的情況下，匹配 濾波器一般用聲表面波器件saw現(xiàn)。但sa端件插損大，而且濾波器長度也受 限于國內(nèi)工藝水平，只能對(duì)長碼的一小段進(jìn)行匹配，在低信噪比下不可靠。6 .序列估計(jì)法：該方法是利用對(duì)pn碼發(fā)生器中的n個(gè)可預(yù)置移位寄存器進(jìn)行置 位來實(shí)現(xiàn)pn碼的同步。即用解調(diào)后的碼（包含pn碼和信息碼及噪聲）去給本地 pn碼發(fā)生器的移位寄存器置數(shù)，使得本地 pms發(fā)生器從這一狀態(tài)產(chǎn)生pn碼。 設(shè)在一個(gè)pn碼碼片長度內(nèi)信息碼不改變符號(hào)，則只需要n個(gè)pn碼元寬度的時(shí)間 就能使兩pn碼同步。但考慮到存在噪聲，其捕獲速度并不比單步進(jìn)快。9 / 14.7 .采用復(fù)碼實(shí)現(xiàn)快捕：該方法是在產(chǎn)生

20、pn碼時(shí)，通過將若干個(gè)短周期的pn碼 序列經(jīng)特定的邏輯組合來得到長周期的 pn碼序列，短周期的pn碼序列周期長度 兩兩互質(zhì)。捕獲時(shí)，依次對(duì)各個(gè)子碼進(jìn) 行捕獲。這種方法的捕獲時(shí)間是所有短 周期pn碼序列周期長度之和，可以使捕 獲時(shí)間較單步進(jìn)搜索成數(shù)量級(jí)的降低 。 但是，復(fù)碼的頻譜中有許多離散譜線， 擴(kuò)頻效果不好，而且在捕獲每個(gè)子碼時(shí)相關(guān)值改變量小，因而對(duì)信噪比要求很高， 一般只用于偽碼測距。以上幾種方法有的實(shí)現(xiàn)起來雖然簡單，但捕獲時(shí)間太長 （如單步進(jìn)和滑動(dòng)相關(guān)）； 有些對(duì)噪聲過于敏感，不適用于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)（如序列估計(jì)法和復(fù)碼法）；有些雖 然捕獲時(shí)間較單步進(jìn)有一定的縮短，但電路也復(fù)雜了許多，付出的

21、代價(jià)太大（如多駐留式搜索和雙門限判決法）；另一些則受限于實(shí)現(xiàn)所必須的元器件，擴(kuò)頻增 益作不高（如匹配濾波器法）。下面我們將討論的大步進(jìn)搜索邏輯以及由它構(gòu)成的 大步進(jìn)快速捕獲延遲鎖定環(huán)則可以克服以上幾種捕獲方法的缺點(diǎn)，具有捕獲時(shí)間短（較單步進(jìn)短一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)）、電路簡單易于實(shí)現(xiàn)、捕獲靈敏度高的特點(diǎn)，是 一種在擴(kuò)頻通信領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景的 pn碼捕獲方法。大步進(jìn)搜索的基本原理大步進(jìn)搜索實(shí)現(xiàn)pn碼快速捕獲的實(shí)質(zhì)就是將要搜索的q相位單元分為q/m段， 每段m個(gè)相位單元，用大步進(jìn)電路使本地pn碼逐段移動(dòng)（即每次步進(jìn)m個(gè)相位單 元），每移動(dòng)一段，做一次 m路并列相關(guān)判決。由于大步進(jìn)搜索每次相關(guān)判決同 時(shí)對(duì)

22、m個(gè)相位進(jìn)行，而單步進(jìn)搜索每次相關(guān)判決只對(duì)一個(gè)相位進(jìn)行，故而大步進(jìn)的捕獲時(shí)間較單步進(jìn)可以縮短1/m,實(shí)現(xiàn)快捕。使用大步進(jìn)搜索方法的大步進(jìn)快 速捕獲延遲鎖定環(huán)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理見圖1。圖中s（t）為接收信號(hào)，它與（m+2）路本地pn碼相乘，每一路代表了一個(gè)pn碼相 位，再經(jīng)窄帶濾波與包絡(luò)檢波，得到這（m+2）路相關(guān)運(yùn)算結(jié)果。將其中的 m 路（）送入多路比較判決電路，與門限vt比較。當(dāng)m路相關(guān)運(yùn)算結(jié)果都小于 判決門限vt時(shí)（無相關(guān)輸出），代表這m個(gè)pn碼的相位都沒有與發(fā)端pn碼對(duì)齊， 此時(shí)由判決輸出端控制大步進(jìn)電路，使本地 pn碼大步進(jìn)m位，進(jìn)入下一段相關(guān) 處理；如果m路相關(guān)運(yùn)算結(jié)果中有一路超過門限 vt

23、（有相關(guān)輸出），說明該路（設(shè) 為第i路）代表的pn碼相位已經(jīng)與發(fā)端pn碼對(duì)齊，此時(shí)由判決輸出端控制大步 進(jìn)電路，停止大步進(jìn)。一旦大步進(jìn)停止，則通過比較輸出（1）（m）控制開關(guān)網(wǎng)絡(luò) 將該同步路的滯后路（第i+1路）和超前路（第i-1路）分別接入差分器的正端和負(fù) 端，閉和延遲鎖定環(huán)，進(jìn)入跟蹤階段。概括起來，大步進(jìn)快速獲延遲鎖定環(huán)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1 .現(xiàn)代電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)并列乘法器使 m達(dá)到10100比較容易，故捕獲時(shí)間可降 低一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，效果明顯。2 .由于現(xiàn)代集成電路的發(fā)展，對(duì)于整個(gè)大步進(jìn)延遲鎖定環(huán)路中最復(fù)雜的部分 ： 并列乘法器、多路比較判別以及大步進(jìn)邏輯電路，可以用 cpldf艮簡單地實(shí)現(xiàn)，

24、這大大的縮小了整個(gè)電路的體積，使得快速捕獲電路的小型化成為可能。3 .本方法是靠分段并行搜索來實(shí)現(xiàn)快速捕獲的，因此相關(guān)處理時(shí)間可以很長。如果相關(guān)時(shí)間取到整個(gè)pn碼周期，那么就能避免pn碼部分自相關(guān)引起的噪聲對(duì) 相關(guān)判決的影響，從而提高捕獲靈敏度。4 .由于本方法在捕獲速度上的優(yōu)勢以及 pn碼整周期相關(guān)帶來的好處，本方法的 擴(kuò)頻增益受到的限制較少，故而可以將碼長做到很長 （如1023甚至更長），從而 獲得較大的擴(kuò)頻增益。這也是本方法的應(yīng)用潛力所在。cpld在大步進(jìn)延遲鎖定環(huán)中的應(yīng)用可編程邏輯器件技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，用戶可以將復(fù)雜的邏輯電路用語言或原 理圖等方式描述出來，編譯綜合后固化到一塊小小

25、的芯片中， 使得龐大的電路得 以簡化；芯片的邏輯功能在固化前能夠通過特定的仿真工具進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，這又避免了在設(shè)計(jì)過程中為了得到正確的邏輯功能而重復(fù)修改硬件，極大地縮短了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)時(shí)間；對(duì)于過去的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)設(shè)計(jì)定型之后，若再想做相對(duì)稍 大的改動(dòng)，會(huì)涉及重新搭建實(shí)驗(yàn)電路、重新繪制電路板、重新購買元器件等等十 分復(fù)雜的工作，整個(gè)過程相當(dāng)煩瑣且容易出錯(cuò)；而使用可編程邏輯器件進(jìn)行設(shè)計(jì)則只需要在語言程序或原理圖中進(jìn)行改 動(dòng)，編譯仿真成功后，再次把程序固化 到芯片中，只要當(dāng)前芯片中的邏輯單元 夠用，硬件上不需要進(jìn)行任何改動(dòng)。altera公司的max7000系列是基于乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)的可編程邏輯器件系列，特

26、別適 用于實(shí)現(xiàn)高速、復(fù)雜的組合邏輯。本課題選用了max 7000系列cpldt品中的74slcc44-1睞實(shí)現(xiàn)大步進(jìn)快速獲延遲鎖定環(huán)中的關(guān)鍵部分：pn碼發(fā)生器和大步 進(jìn)邏輯產(chǎn)生器。a.用 cpldt生 1,023 位 pn碼本地pn碼產(chǎn)生是通過原理圖輸入方式實(shí)現(xiàn)的。為了取得高擴(kuò)頻增益，本課題采用長度為1023位的m序列作為pn碼，并選用了 n=10時(shí)m序列最簡單的生成多 項(xiàng)式。該m序列的發(fā)生需要10級(jí)移位寄存器，由第3級(jí)和第10級(jí)引回反饋，原 理如圖3。該pn碼發(fā)生器在maxplus中的功能仿真結(jié)果如圖2所示。其中fpn為時(shí)鐘源， cpn就是得到的1,023位pn碼的一部分（基于可視性考慮，此

27、處只貼出了其中的 一段）。由于芯片7064slcft上電后自動(dòng)把內(nèi)部寄存器清零，所以應(yīng)在pn碼發(fā)生 器中引入一個(gè)寄存器初始化環(huán)節(jié)，避免由于寄存器輸出全零造成的pn碼發(fā)生器死鎖狀態(tài)。圖3中第一個(gè)信號(hào)prn就是片內(nèi)寄存器初始化信號(hào)，prn= 0將pn 碼發(fā)生器中的寄存器全部置1,使 pn碼發(fā)生器脫離死鎖狀態(tài)，開始工作。b.用cpld現(xiàn)大步進(jìn)邏輯大步進(jìn)延遲鎖定環(huán)路中，大步進(jìn)電路的 作用是實(shí)現(xiàn)大步進(jìn)邏輯，即根據(jù)判決輸 出vc電平高低控制本地pn碼的步進(jìn)：當(dāng)vc為高電平時(shí)，使本地pn碼大步進(jìn)m位，當(dāng)vc為低電平時(shí)，停止本地pn 碼的步進(jìn)。大步進(jìn)邏輯電路如4所示。當(dāng)判決輸出vc為高電平時(shí)（未同步），門g1被封鎖，輸出低電平打開門g2此 時(shí)時(shí)鐘脈沖fvco通過反相器g2,得到pn碼發(fā)生器時(shí)鐘fpn0當(dāng)判決輸出vc為 低電平時(shí)（同步），門g1被打開，扣脈沖信號(hào)q通過g1反相到達(dá)g2,控制fvco 使得輸出時(shí)鐘被扣除m個(gè)脈沖。以上邏輯電路在maxplus開發(fā)系統(tǒng)中，可以直接采用原理圖方式輸入。與門、 與非門以及d觸發(fā)器在altera的prim庫中都有，可以直接調(diào)用。計(jì)數(shù)分頻器在 altera的mf庫中也有，但考慮到調(diào)試中分頻比 m和n要隨時(shí)靈活變化，故采用 了自編的vhdn數(shù)器程序。程序代碼如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;ent