m序列扩频通信中的同步.DOC

m序列扩频通信中同步方法的研究 熊省军 张国松 周士弘 摘要:同步是通信的前提，同步不好，通信性能将急剧下降。本文分析m序列时间同步和载波同步对通信性能影响，提出一种超前门和滞后门来实现同步跟踪的方法，利用m序列模糊特性，有哪些信誉好的足球投注网站多谱勒频偏，实现载波同步，为了减少运算量，提出了快速算法，本文还给出海试采集的通信数据的分析，结果验证了本文提出的同步方法可以获得准确的同步。 关键词：同步、扩频通信、快速算法 1.引言 同步对于通信系统，特别是数字通信系统来说是一项关键的技术，其好坏对于通信系统的性能有着决定性的作用。如果同步不好，通信系统的性能就会下降，甚至无法正常工作。在m序列的扩频通信中，对时间同步和载波同步的要求都非常严格，只有在m序列完全同步的基础上才能获取理想的处理增益，否则系统的处理增益将会下降，更严重的是导致对信息符号产生错误判决。 2.m序列扩频通信中的同步 m序列具有伪随机特性，当序列长度N很大时，在所截取的频带（B1/T）内谱特性接近白色带通噪声谱，其模糊特性为 (1) 上式表明m序列模糊函数在时间频率两方面具有相同的形式，图1为其模糊图。 图1 m序列模糊图 由于m序列的模糊特性，同步内容包括两方面：一是时间同步，也即序列同步，本地参考码序列与接收信号码序列在时间和相位上对齐；二是载波同步，在相干解调时获取相干载波。 2．1时间同步[1][2] 时间同步过程分两个步骤，其一是对信号的同步捕获，其二是对信号的同步跟踪。捕获要求速度快，抗干扰能力强，电路简单、易实现。捕获的方法很多，一种工程上应用比较广泛的方法是前置码法。因为用于同步的码序列和用于传输信息的伪码不必相同，因此可以采用一种专门的前置码供同步使用。前置码一般较短，典型的有barker码。发射机在发送有用信息之前，先发前置码，供通信对方的接收机建立同步，接着再发有用信息。前置码法可以提高捕获和同步速度，但因为前置码不能太长，容易受到噪声和干扰的影响而产生错误捕获。 同步跟踪也称细同步，是在码序列获得捕获之后，进一步调整本地时钟的过程，目的是使同步误差尽可能减小，至少保持在一个码片范围之内。跟踪的基本方法是采用一个超前—滞后门形成的闭环控制系统，来调节接收机的对下一扩频信号的采样时刻，如图2所示。 图2 同步跟踪环原理 图2中，接收的扩频码经过滞后门，与参考m序列的相关输出，经过超前门的相关输出，其差用于产生误差信号，即有=。图3给出了这些输出信号。当0时，则对下一个扩频信号的采样时刻需要滞后，反之需要超前。实际上改变AD初始采样时刻比较复杂，一般的办法是通过截取接收信号的缓冲区数据来模拟这一过程，需要超前采样时，只需减小缓冲区的首地址，否则增加缓冲区的首地址。 图3超前与滞后相关器的输出 2．2载波同步[1][2] 对水声通信来说，多谱勒效应的影响是相当严重的，由（1）式可知，m序列的多谱勒容限是 (2) 相应的速度容限是 (3) 由图1可知，多谱勒的影响将导致m序列的相关峰值输出急剧下降，但从另一角度看，却可以利用它对多谱勒很敏感这一特性，来有哪些信誉好的足球投注网站多谱勒频偏，从而获取正确的相干载频。为了提高频率有哪些信誉好的足球投注网站的速度，将频率有哪些信誉好的足球投注网站分为两步：第一步，以大步长有哪些信誉好的足球投注网站；第二步，在第一步确定的粗略频率周围，以小步长有哪些信誉好的足球投注网站。设通信双方之间相对径向速度最大为m/s，水中声速为m/s，发射机中心频率Hz，则有哪些信誉好的足球投注网站的最小频率为： (4) 设频率粗有哪些信誉好的足球投注网站的步长为，频率精有哪些信誉好的足球投注网站的步长为，一个扩频码片时间宽度为，扩频序列周期为，则扩频信号的频率最小分辨率为： (5) 于是取： (6) (7) 可见，扩频序列周期越长，对多普勒频移越敏感，有哪些信誉好的足球投注网站步长越小。设频率粗有哪些信誉好的足球投注网站的频道数为，则： (8) 3.快速算法 当 m序列的长度越大时，由(8)式知，频率有哪些信誉好的足球投注网站的频道数越多，而且每次相关的运算量变大，如果采用普通的矢量—矩阵相乘，相关的计算量近似正比于 ，因此必须采用快速算法。 m序列可通过一定规则重置，变成哈达码矩阵的某一行，序列的相关运算则转变乘哈达码矩阵运算，称为沃尔什—哈达码变换[3][4]，哈达码矩阵是由组成的正交方矩阵，哈达码的行是沃尔什函数，沃尔什函数是周期为2n的周期离散函数，它是由形成基集合的拉德马赫函数连乘而得。对于，有n个周期为N的拉德马赫函数。如下所示： (9) 选择任意一组相乘，都可得到N个不同的沃尔什函数。为记录任意沃尔什函数，存在解析式： (10) 设，即，令 (11) 为哈达码矩阵，为 (12) 于是，沃尔什—哈达码变换和逆变换的向量形式的定义分别如下： (13) (14) 沃尔什—哈达码变换同离散傅里叶变换，也有快速算法，类似于FFT，利