摘要扩频通信作为一种新型的通信体制，具有很多独特的优点，在军用和民用领域中都得到了广泛的应用。
扩频通信中一个关键性的问题就是扩频信号的同步，包括捕获和跟踪两个步骤，同步性能的优劣直接影响到整个扩频通信系统的性能。
因此，对直扩系统同步的研究具有很大的实用价值。
本文深入研究了扩频通信中直接扩频系统的同步技术，包括伪随机(PN)序列的捕获、跟踪和载波同步。
在伪随机(PN)序列的捕获中研究了串并结合的大步进方法。
研究了伪码串行-载波并行、伪码并行-载波串行、伪码串行-载波并行、伪码并行-载波并行4种捕获方法。
在特定的参数下，设计出直扩通信系统，并在高斯信道条件下，仿真得出了直扩系统的误码率性能曲线，在此基础上运用了伪码并行-载波串行的方法进行仿真分析，从MATLAB仿真结果可以看出捕获方案确实可行。
关键词：扩频通信；同步；捕获；跟踪AbstractAs a new type of communications system,spread spectrum communications has many unique advantages, and has been widely used in both military and civilian fields. The synchronization of spread specturn signal, including acquisition and tracking, is the key problem of spread specturn communication. The performance of synchronizing has direct impact on the whole spread spectrun communication system. As a result, it’s very important to discuss this problem.This paper researches into synchronization techniques of direct-sequence spread spectrum systems, which include PN code acquisition, PN code tracking and carrier recovery. we studied PN acquisition scheme, large step acquision scheme. This paper discusses four capture methods about serial PN code, serial carrier, parallel PN code, serial carrier, serial PN code, parallel carrier, and parallel PN code, parallel carrier. Incertain parameters, design of direct sequence spread spectrum communication system, and in the Gauss channel conditions, simulation of the curve of the BER performance of DSSS system, on the basis of using the parallel PN code, carrier serial simulation, simulation results can be seen from the MATLAB capture scheme is feasible.Keywords: S pread Spectrum Communications; Synchronization; Acquisition; Tracking目录1 绪论 (1)2直接序列扩频通信的理论基础 (4)2.1扩频通信的理论基础 (4)2.1.1基本理论 (4)2.1.2扩频通信的特点 (5)2.2直接序列扩频通信系统 (6)2.3伪随机序列 (9)2.3.1m序列 (10)3 直接序列扩频系统的同步 (12)3.1同步机理 (12)3.2信号捕获 (12)3.3 信号跟踪 (17)3.3.1 载波跟踪技术 (17)3.3.2 锁相环原理 (18)3.3.3 锁频环原理 (20)3.3.4 锁相环与锁频环的性能比较 (21)4直扩系统的仿真分析 (23)4.1设计参数 (23)4.2 直扩通信系统的原理框图 (23)4.3直扩通信系统的仿真分析 (24)4.4 直扩系统的抗干扰性能分析 (30)5 同步仿真分析 (31)5.1同步参数设计 (31)5.2 PN码的自相关性仿真 (31)5.3 捕获 (32)5.4 跟踪 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (43)附录B 中文翻译 (55)附录C 程序 (64)1 绪 论扩频通信是建立在ClaudeE.Shannon 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。
这种通信体制由于采用伪随机编码调制和信号相关处理,具有很多独特的优点:用于通信中，抗干扰能力强，发射功率低，具有低截获率，保密性能好，具有码分多址和任意选址的功能;在测距中，利用伪随机码测距，可大大提高测距精度，所以自从问世便引起世界各国的极大关注,并率先应用在军事通信中。
近年来,随着微电子技术、超大规模集成电路技术、数字信号处理技术的飞速发展以及一些新型元器件的应用,扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶。
在军事上,扩频通信己经成为电子对抗环境下提高通信设备抗干扰能力的最有效手段,并在近十几年来爆发的几场现代化战争中发挥了巨大的作用。
此外,扩频通信技术在无线局域网2G/3G 移动通信、卫星通信、航空航天和深空探测等诸多民用通信领域中也都得到较为广泛的应用。
在这些民用和国防军事通信的强烈需求下,扩频通信的地位变得越来越重要[1]。
扩频技术将基带信号的频谱扩展至很宽的频带进行传输，在接收端采用相关接收的原理，将扩展的频谱恢复到基带信号的频谱，从而抑制传输过程中加入的干扰。
香农(E.Shannon )信息论的基本理论证明，扩频通信是有效的抗干扰通信方式。
香农在1945年、1948年和1949年连续发表了有关信息论和通信加密以及系统安全住等3篇论文，这些理论成为扩频技术的理论依据。
扩展频谱的优势可以从信息论的角度来阐述。
依据香农信息理论，定义受到加性高斯白噪声干扰的信道，信道带宽为B ，信噪比为S/N ，信道容量为：)/1(2N S BLog C += (1.1) 从公式可以看出：给定的信道容量C 可以匹配不同的带宽B 和信噪比S/N 的组合来传输。
如果减小带宽B 就必须增加信噪比S/N 以保证信道容量C 值不变。
相反的，如果信噪比S/N 较小，可以通过增加带宽B 来保持传输容量C 值不变，即所谓的用带宽B 换取功率C 的办法。
扩频通信也就是把原始信号的频谱扩展到10倍～1000倍，然后再进行传输，因而提高了通信系统的抗干扰能力，这样系统在强干扰环境下仍能保证可靠的通信质量。
通常音频电话的频率范围为300Hz —3300Hz 则B=3300Hz-300Hz=3000Hz 。
而一般链路典型的信噪比足30dB ，即S/N=1000，因此有C=3000×Log2(1000)，近似等于30kb/s 。
假如对上述系统进行扩频传输，在传输速率小变的情况下，将带宽扩展100倍，信号可以在0.25dB 的低信噪比下传输。
由此可见，扩频通信系统町以在更恶劣的环境下正常工作。
这一点在卫星通信和军事通信中非常重要，卫星通信由于电离层的干扰往往工作在低信噪比条件下，采用扩频通信可以克服这个问题，军事通信则往往采用扩频技术将信号隐蔽在噪声中，从而保证信号不被敌人发现。
扩频技术首先应用于军事领域，其发展经历了一个很长的过程，日前扩频技术处于繁荣阶段。
扩频技术的发展历程可以分为三个阶段：(1) 第一阶段是雏形阶段20世纪20年代中期诞生的RADAR(Radio Detection And Ranging)系统，利用回波证明了电离层的存在，其发射频谱宽度大于回波声音频谱宽度，具备了扩频通信系统的基本特征。
(2) 第二阶段是基本模型阶段这个时期完成了扩频通信的一些关键技术的论证，使得扩频通信的实现具备了足够的条件，并出现了基本的扩频模型。
20世纪40年代，赫蒂(Hedy K Markey)第一个提出利用跳频技术来实现抗干扰通信系统的构想。
迪罗萨(Derosa)和罗戈夫(Rogoff)于1949年完成丁世界上第一个直接序列扩频系统，并成功运用在新泽西州(New Jerscy)和加利福尼亚州(Cal．fornia)之间的通信线路上。
(3) 第三阶段是扩频通信的繁荣阶段20世纪50年代，美国麻省理T学院成功研制出了NOMAC系统，这是一种成熟的扩频通信系统。
从此，对扩频通信系统的研究十分活跃，扩频通信广泛应用于军事通信、空间探测、卫星侦查、导弹制导等方面。
同步是扩频系统中的关键技术,同步不仅需要一般数字通信系统的同步过程(载波同步、位同步、帧同步等),还需要实现扩频码同步(码时钟同步、码相位同步)。
当码同步定时偏移超过DS系统1个码元时,接收机就不能对接收到的扩频信号正确解扩,即使同步偏差小于地址码元宽度也会引起有用信号功率损失,使输出有用信号功率下降,处理增益降低。
所以扩频系统同步不仅比一般数字通信系统同步更为复杂,其要求也更为严格。
对扩频系统性能要求越高,对同步系统要求也越复杂、越严格。
在各种实际扩频系统中,设计优良的同步系统往往是最困难的。
在人为干扰情况下PN码同步电路如果失效将严重影响系统性能,甚至导致整个系统完全瘫痪。
在扩频通信中,接收端一般有两类不确定性因素,就是载波频率和码相位的不确定性。
若发射机和接收机使用精确频率源,则可消除大部分码速率和载波频率不确定性,但不能消除由多普勒频移引起的载波和码速率偏移,而且即使是固定位置的收发站也会由于电波传播多径效应引起码速率和载波中心频率的改变。
由于收发时钟不一致,电波传播时延等因素,接收端启动时扩频序列与接收发送扩频序列相位开始总是不同的。
因此,接收机需要通过一定同步手段使本地扩频序列与接收扩频序列相位相同。
这一过程分为两个阶段,第一阶段为捕获过程即粗调过程,它通过调节送到解扩器的本地码相位实现两个伪码之间初始同步,当捕获过程完成时用于解扩的本地参考信号码相位与接收扩频信号码相位偏差将小于直扩系统一个PN 码单元,这时接收机能大致正常解调出信息。