第四章 扩频序列底捕获与同步 扩频通信属数字通信，因此载波同步，比特同步（位同步），帧同步，还有特有的扩频码同步。
表现为：
同步时延差＝，表示同步
为此接收机扩频码同步系统必须： 先搜索捕获，驱使本地扩频序列与接收序列取得起始相位基本一致，即：；然后进入同步跟踪，保持相位同步。 接收机组成
射频前端带通平方器积分门限扩频码发生器时钟搜索控制同步跟踪环
载波跟踪环比特同步匹配滤波数据
（放大，混频）中频信号 同步
扩频码同步要求收发双方
时钟频率对准 码序列起点对齐（初始相位一致） 双方时钟不稳 若时钟由载频分频产生，载频不稳导致时钟不稳
双方启动序列有时差 电波传播时延，多径时延，双方时钟不稳
不准 不齐 一、直扩序列的捕获 1.1 单积分顺序搜索捕获（或称为滑动相关捕获法） 所谓顺序搜索捕获：不断地改变本地序列相位，并在每个相位进行相关检测，判断该相位是否同步，原理电路如图所示：
带通平方器积分门限比较
相位搜索控制时
钟本地
扩频序列发生器
相关器同步>
信号
设 相关（相乘、带通）输出： 由于存在，需要平方―――利用积分器收集能量作检测
积分运算 \ 相干低通平滑―――>起到时间统计平均作用（各态历经）
设门限为A： ：取得同步 ：未取得同步―――>不断改变本地码序列相位 设每搜索一次控制一次，本地码序列相位改变量为，每控制一次所需时间为统计平均时间长度―――即积分间隔 因此，若设积分间隔为，且序列长度 一般，，为寄存器级数 则捕获时间：
， 搜索完整个序列长度才搜索到 无需搜索就已同步
0Tc-T
c
R(¿)
-1/p∴平均捕获时间： 检测概率―――实际已经同步时，判决为同步的概率 虚警概率―――未同步时，判决为同步的概率
以上分析过程没有考虑噪声和干扰，即检测概率，虚警概率 实际存在噪声干扰，必产生
显然，与积分时间有关 俞大，表示噪声被平滑（平均），必然，而，但捕获事件长！
搜索捕获过程，理论上可用一个马尔可夫链来描述，由马尔可夫链地生成函数信号流图，可得：
――为使本地序列 同步 接收序列所需的最大相位改变量， 当：
――证实电路（证明同步真假），积分时间的检测器(经k次证明是真的！) 显然――对于单积分： 为此可采用多积分方式来减小
假设有n个积分器，积分时间各不相同， 捕获开始，用积分时间短先积分，若输出大于门限，判决同步，由于――>可能误判，为此，再用时间长积分器去检测证实去除虚警―――> 这样：可在较短时间内去除非同步――>
串行多积分方式 多积分又分为 并行多积分方式
如图所示：
，相位已对齐，但误判为未同步 ，相位未对齐，但误判为同步 带通平方本地扩频码
时钟搜索控制
门限1门限2门限n<<<>>>>同步信号„串行方式接收信号门限1门限2
门限n
<<
<>
>
>>同步信号
„
并行方式 串行方式：先积分器（）积分器判决 在时刻输出判决，。。。。。。直至n个积分器输出都大于门限―――> 表示真同步， 只要一个积分器输出小于门限，都需要继续搜索
并行方式：n个积分同时积分判断
1.2 序列相关捕获法 原理图：
相关解调1 2 „ M相关求和1 2 „ M
扩频序列接收信号
本地序列寄存（可一段M个码元） ，，在捕获期间，令常数 ∴表示接收的扩频码序列送入M级移位寄存器；本地序列一段（M个码元）或全部存入另一M级移位寄存器中，让两个寄存器对应位相关求和
若小于门限，继续搜索控制，大于门限 若大于门限，启动积分器2――――>
只有各输出均大于门限－－真同步 只要有一个输出小于门限――>所有积分器可以立即清零，不需等待长积分器完成，继续搜索控制 显然： 当两序列对应位不符――>相关求和值低――>则将发送来序列输入下一相位状态，再求和――>逐位移位求相关值 当两序列对应状态一致――>相关求和值最大――>取得同步――>使本地序列进入同步跟踪态运行 捕获时间：
∴ 一般 ， 则：
比之单积分顺序搜索捕获时间要短得多。 1.3 3、SAW器件捕获法 SAW(Surface acoustic wave) ――生表面波器件基本结构
压电基片输出叉指换能器输入叉指换能器
原理：在压电基片上印刷两个声电换能器 通过逆压电效应，将输入电信号―――>声波信号 延基片表面传至 \ 右端输出插指换能器，又将声―――>电信号
由于SAW――声波传播速度低， ，－是声波速度 ――>器件尺寸比相同频段电磁器件小得多 ―――如：1000m长微波传输时延，用1cm SAW延迟线即可 充分利用可完成各种信号处理的功能――>如SAW延迟线，SAW匹配滤波器、SAW相关/卷积器
这里：利用SAW器件功能完成扩频序列快速捕获： 构成如图示：
输入换能器――电－>声 输出换能器――声－>电 反相输入换能器输出编码换能器„„
在基片上 显然，当输入扩频序列经输入插指变为声脉冲序列――>传至插指电极组， 如果
波形如图： p
左为输入换能器 右端为编码换能器 （插指电极组） 电极数等于序列长码元数 电极间距离＝声传播时延等于的距离 电极分为两组 ：一组对应“＋1”码元 一组对应“－1”码元 等于设定了某一扩频序列的码元结构（相当于抽头延迟线结构）， 如上图相当于101……011
个
与设定的码元结构一致――>输出有最大相关值 与设定的码元结果不一致――>输出相关值低 利用相关输出脉冲可完成本地伪码序列起始定位，实现捕获，组成框图如图 本地扩频码置位电路门限SAW延迟线输入
显然，只要门限检测正确，用一个扩频序列周期，可实现捕获 但门限检测概率（噪声与干扰造成错码引起），则有漏检率，则：
一般，则有： 比单积分顺序搜索快得多
二、直扩序列的同步跟踪 捕获结束――>表示本地伪码序列已与接收的扩频序列相位（或时位）基本一致 ――>转入跟踪状态 所谓跟踪：本地码相位一直跟踪接收码相位变化，且跟踪误差一直保持在一个码元宽度之内。这种自动相位调节作用大都用特殊的锁相还完成，常用有延迟锁定环， －抖动跟踪环等 这里着重介绍延迟锁相环的同步跟踪原理
环路组成如图： LPF
LPFn n-1 „ „ 1LF压控时钟本地伪码发生器DCO 输入扩频序列 时延超前的本地序列 时延滞后的本地序列
原理：与在相关器进行相对时延比较――>产生误差电压 LF \ 控制DCO时钟周期――>控制本地序列相位――>――>最终锁定在上，
推导： 关系 相关器输出（相乘器＋LPF）：
经LF形成直流误差控制电压，应是上式取统计平均值：
为鉴相特性 等效于扩频（m）序列自相关函数沿横轴右移与左移，然后相减结果：
由于在区域内，为线性――>可很好地跟踪相位（时延）变化，将跟踪时差限制在一个码元周期内 如何跟踪？ 设开始，（设） 环 \ (设每一次控制时延变化，则
稳态
三、调频信号的捕获与同步 3.1 捕获
FH序列同步与DS序列同步相类似，但由于FH中，跳频速率低，码长也短，因此捕获时间短，相对简单一些
常用捕获电路：
相关器包络检波判决计数器
频率合成器本地伪码序列搜索指令如X≥K
停止搜索
首先：搜索指令启动本地伪码序列――>形成跳 频指令，控制合成器产生起跳时间不同的调频图案信号。 如果： 跳变频率与输入相同（差一个中频） 相关器 \ 输出中频 包络检波 \ 高电平 判决 \ 输出“1” \ 计数器计入“1”
跳频图案又N个频点，因输入有干扰，设有X相同――>计入X个“1” 若规定： 为取得捕获，则计入K个“1”――>发出停止搜索指令，开始进入跟踪状态。 通常：， 是干扰造成虚警与漏警之故
虚警――无同步输入时，单频干扰可能造成误中频输出―――>产生误计数“1” 虚警概率>0 漏检――有同步输入时，干扰抵消了信号，无中频输出―――>少计数“1” 检测概率<1 ――――因此规定N中K个检测到就认为同步是合理的
3.2 跟踪 原则上，直扩序列的同步跟踪方法也适合于FH系统，下面介绍一种简单的FH序列同步跟踪环
组成： BPF包络检波LF
DCO本地伪码发生器可变频率
合成器„
设输入FH信号，其频率跳变， 由于已进入捕获，本地FH信号与有相同跳变规律，频差一个固定中频，未进入跟踪，所以存在时差“”