CDMA系統(tǒng)中的快速捕獲技術(shù)

1、CDMA系統(tǒng)中的快速捕獲技術(shù)        摘要：主要分析了CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中的兩種重要的快速捕獲技術(shù)（并行捕獲技術(shù)和匹配濾波器同步捕獲技術(shù)，給出了他們的實(shí)現(xiàn)方案、系統(tǒng)框圖等）。     關(guān)鍵詞：完全并行；存儲(chǔ)并行；混合并行；匹配濾波器同步是數(shù)字通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此如何快速準(zhǔn)確的獲得碼的同步，如何使得在低信噪比的環(huán)境下能有效地進(jìn)行同步捕獲有非常重要的意義，所以快速捕獲技術(shù)顯得尤為重要。1并行捕獲串行積分捕獲電路每次積分時(shí)間只判別一個(gè)相位點(diǎn)是否同步，這在需要快速同步

2、的場合是不適應(yīng)的，因此，我們很自然地想到如果可以用多個(gè)積分電路，每個(gè)電路采用不同的本地序列相位，則可以在一次積分時(shí)間后同時(shí)判別多個(gè)相位點(diǎn)，大大縮短了同步捕獲時(shí)間，根據(jù)并行規(guī)模和處理過程的不同，我們將并行捕獲分為三類：完全并行、存儲(chǔ)并行和混合并行。并行捕獲中是選取多個(gè)并行之路的輸出的最大值與門限進(jìn)行比較。從概率統(tǒng)計(jì)上來講，這符合最大似然估計(jì)準(zhǔn)則，因而在高斯信道中是最優(yōu)的。11完全并行當(dāng)接收序列的未知相位區(qū)間較小，而又需要快速的捕獲時(shí)，我們可以考慮完全并行方案。設(shè)未知相位分為C個(gè)單元（每個(gè)單元間隔12 chip），則完全并行同步捕獲有C條之路組成。如圖1所示。輸入信號(hào)分別輸入C條之路作相關(guān)積分，每

3、條支路的本地參考序列相位各不相同，在積分周期結(jié)束時(shí)，得到C個(gè)相關(guān)積分結(jié)果，選取這C個(gè)結(jié)果中最大值MAX（Zi）i1，2，C與門限相比較，大于門限則認(rèn)為有信號(hào)存在，并把最大值對(duì)應(yīng)的相位暫時(shí)為正確相位，進(jìn)行驗(yàn)證相關(guān)積分，第二次相關(guān)的結(jié)果再與門限2比較，大于門限則認(rèn)為系統(tǒng)同步轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。如果MAX（Zi）i1，2，C小于門限則認(rèn)為無信號(hào)或系統(tǒng)未同步，將所有相關(guān)積分器清零，并重新開始積分，得到新的C個(gè)新的結(jié)果，重復(fù)以上步驟。12存儲(chǔ)并行當(dāng)接收信號(hào)的未知相位區(qū)間很大，要做到完全并行是不可能的。一個(gè)可行的解決辦法是將整個(gè)未知相位區(qū)間分段，每段包含CN個(gè)單元，共分成CCNCM段。對(duì)每段內(nèi)的CN個(gè)單元作并行

4、積分，一次積分周期結(jié)束后，將CN個(gè)相關(guān)結(jié)果存儲(chǔ)起來。接著復(fù)位CN個(gè)積分器，調(diào)整所有的本地參考序列相位，進(jìn)行下一段并行積分，以此類推。當(dāng)經(jīng)過CM個(gè)積分周期后，所有的C個(gè)相位點(diǎn)的相關(guān)值都被計(jì)算并存儲(chǔ)起來。選取其中的最大值MAX（Zi）i1，2，C與門限1比較，如果大于門限則假定最大值對(duì)應(yīng)的相位為正確相位，轉(zhuǎn)入驗(yàn)證積分狀態(tài)，小于門限的則清除原先存儲(chǔ)結(jié)果，重新開始所有的C個(gè)積分。13混合并行存儲(chǔ)并行在硬件規(guī)模與系統(tǒng)性能之間作了一個(gè)平衡選擇，但一個(gè)明顯的缺陷是他要等CM個(gè)積分周期后才作一次判決，如果我們在每個(gè)積分周期之后對(duì)CN個(gè)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行選最大值并比較門限的操作，則通過適當(dāng)?shù)倪x取門限，可以達(dá)到加快捕獲

5、效果，這就是混合并行方案。系統(tǒng)有2種工作狀態(tài)，即搜索狀態(tài)和驗(yàn)證狀未知相位區(qū)間，將其分為CCNCM個(gè)子相位區(qū)間，每個(gè)相位區(qū)間包括CN個(gè)待測相位點(diǎn)。對(duì)一個(gè)子的相位區(qū)間的CN個(gè)相位區(qū)間的相位點(diǎn)是完全的并行搜索，對(duì)區(qū)間之間是串行搜索。每個(gè)檢測器在一個(gè)相關(guān)積分周期T1后輸出一個(gè)相關(guān)值，該相關(guān)值表征了該檢測器中的本地序列與接收序列的相干程度。在每個(gè)相關(guān)積分周期結(jié)束時(shí)刻，共有CN個(gè)相關(guān)值被計(jì)算出來，選取其最大值與門限1比較，若大于門限則相關(guān)相位點(diǎn)被暫定為正確相位，轉(zhuǎn)入相位驗(yàn)證狀態(tài)；若小與門限1，則計(jì)算下一相位區(qū)間的相關(guān)值。在驗(yàn)證狀態(tài)中，一個(gè)單獨(dú)分開的非相干檢測器載入暫定的準(zhǔn)確相位與輸入信號(hào)作積分長度為T2A

6、·T1的相關(guān)積分，將相關(guān)值與門限2作比較，若大于門限則系統(tǒng)轉(zhuǎn)入同步跟蹤狀態(tài)，否則系統(tǒng)返回搜索狀態(tài)。在并行檢測裝置中，檢測概率的計(jì)算不僅要求正確支路的相關(guān)值大于門限，而且要求其余支路的相關(guān)值小于正確支路相關(guān)值。因此，并行裝置的檢測概率會(huì)小于相同信噪比下單支路的檢測概率。2匹配濾波器同步捕獲匹配濾波器的傳遞函數(shù)是所要匹配的信號(hào)的復(fù)共軛，當(dāng)信號(hào)埋于高斯噪聲中時(shí)，匹配濾波器使其輸出信噪比最大。基帶匹配濾波器的前段是在波解調(diào)（相干或非相干）、基帶濾波和采樣量化，輸入信號(hào)依次送入移位寄存器組成的延遲線，每單位的延遲引出一個(gè)抽頭，抽頭的相乘系數(shù)就是擴(kuò)頻序列的值aN（aN±1）支持時(shí)間上的

7、反序。所有相乘序列送入一個(gè)龐大的加法器，得到一個(gè)匹配濾波器的輸出。顯然輸出是一個(gè)多比特的數(shù)值，該數(shù)值的大小可以反映輸入信號(hào)與匹配濾波器的沖擊響應(yīng)的匹配程度，當(dāng)輸入序列與移位寄存器的所有系數(shù)匹配時(shí)，輸出達(dá)到最大值，顯然，這樣實(shí)現(xiàn)的匹配濾波器是一個(gè)典型的FIR濾波器。但是這樣的匹配濾波器通常需要較長的階數(shù)。因?yàn)楫?dāng)存在噪聲如果匹配濾波器接觸不夠長其處理增益太小，則輸出的信噪比也很小，誤判的概率將很大，這與擴(kuò)頻序列的部分自相關(guān)有密切關(guān)系。匹配濾波器的系數(shù)固定于擴(kuò)頻序列上的某一段，當(dāng)輸入序列“走”到這一段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出，該輸出時(shí)刻指示與匹配濾波器相匹配的一段序列剛好進(jìn)入移位寄存器，于是就知道了輸

8、入序列的相位。雖然匹配濾波器的系數(shù)被固定于某一段擴(kuò)頻序列，但實(shí)際上，我們希望匹配濾波器的系數(shù)是可編程的，可設(shè)定的。原因很明顯，不同的用戶會(huì)使用不同的擴(kuò)頻序列，所以作為同步檢測器的匹配濾波器也必須能夠隨時(shí)改寫其系數(shù)。匹配濾波器的輸出是多個(gè)高斯變量的組合仍是一個(gè)高斯變量，這就表明了相鄰匹配濾波器輸出是獨(dú)立的。下面我們可以構(gòu)造一個(gè)完整的使用匹配濾波器的同步捕獲電路，如圖2所示，系統(tǒng)可以工作與搜索狀態(tài)和驗(yàn)證狀態(tài)。當(dāng)處于搜索狀態(tài)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過載波解調(diào)，采樣量化后分別送入4個(gè)匹配濾波器，匹配濾波器的系數(shù)由同相擴(kuò)頻序列和正交擴(kuò)頻序列在相同位置上的一段序列來決定（通常取序列開始的一段或最后的一段），對(duì)于短序列，

9、可能取整個(gè)周期的序列。當(dāng)輸入信號(hào)經(jīng)12碼元的間隔采樣、量化后送入匹配濾波器。在驗(yàn)證狀態(tài)下，系統(tǒng)將當(dāng)前輸入序列的相位載入碼發(fā)生器并使其開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)將碼發(fā)生器的輸出序列連續(xù)不斷地注入匹配濾波器的系數(shù)寄存單元，匹配濾波器的系數(shù)寄存單元與輸入信號(hào)的同步時(shí)鐘移位，記錄匹配濾波器在該狀態(tài)下的A個(gè)輸出樣本，如果其中有A（A是系統(tǒng)設(shè)計(jì)系數(shù)，為一正整數(shù)）個(gè)大于門限2，則認(rèn)為系統(tǒng)同步，轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，否則系統(tǒng)轉(zhuǎn)回搜索狀態(tài)。3結(jié)語通過快速捕獲技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確的捕獲到碼同步信號(hào)，即使在低信噪比的情況下，為系統(tǒng)的抽樣判決提供了最大的信噪比，降低了系統(tǒng)的誤碼率，提高了數(shù)字通信系統(tǒng)中的可靠性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，快速捕獲技術(shù)會(huì)更廣泛的應(yīng)用在數(shù)字通信系統(tǒng)中