摘 要： 針對直擴接收機" title="直擴接收機">直擴接收機同步跟蹤環(huán)節(jié)的干擾問題，對其同步跟蹤鎖相環(huán)路進行了研究。以“全時間超前―滯后非相干跟蹤環(huán)路”為研究平臺，分析其性能，提出一種輔助電路" title="輔助電路">輔助電路，并對其進行了理論論證和仿真分析。結果表明，改進后的電路可有效地克服直擴接收機中開關函數(shù)波形前后沿不陡峭而引起的瞬變" title="瞬變">瞬變干擾。為工程中直擴接收機的性能改進提供了參考。
關鍵詞： 直擴接收機 同步跟蹤 瞬變干擾
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直接序列擴頻" title="擴頻">擴頻接收機解擴系統(tǒng)的作用是使收、發(fā)兩端擴頻碼精確同步。同步需要兩個階段完成：同步捕獲與同步跟蹤。同步捕獲要求接收機本地PN碼與接收到的信號的PN碼相位差縮小到一個碼片或更小的范圍內；同步跟蹤要求接收機本地PN碼相位一直跟隨接收到的PN碼的相位變化。同步跟蹤系統(tǒng)的主體是具有自動相位調節(jié)功能的鎖相環(huán)路。用于直接擴頻系統(tǒng)的典型跟蹤環(huán)路有基帶相關同步跟蹤環(huán)路[1]，它將接收的擴頻信號經(jīng)射頻濾波放大，送給載頻解調器獲得擴頻序列的基帶信號。該信號分兩路作有
Tc(偽碼寬度)的解擴，再經(jīng)低通濾波后相減，輸出誤差信號；該信號經(jīng)環(huán)路濾波控制時鐘的壓控振蕩器，從而調整本地擴頻序列的相位與發(fā)送來的擴頻序列相位完全一致。參考文獻[2]敘述的全時間超前-滯后非相干跟蹤環(huán)路的特點是解擴不要求先產(chǎn)生相干載波，在它的鑒別器中用的是能量檢測器，這種電路對數(shù)據(jù)調制和載波相位都不敏感。基帶相關同步跟蹤環(huán)路用于實際擴頻系統(tǒng)中會遇到兩個問題。首先輸入信號必須在碼跟蹤之前被解調，通常擴頻系統(tǒng)工作在非常低的信噪比環(huán)境中，不易實現(xiàn)這樣的解調系統(tǒng);再者，解調是相干的，解調之前所用相干載波并非先驗信息，在信噪比較低的情況下這又是一個難點。所以廣泛用于直接序列同步跟蹤系統(tǒng)的是后一種類型。
本文以全時間超前―滯后非相干跟蹤環(huán)路為研究平臺，分析其性能。針對其瞬變干擾問題，在實際直擴接收機電路的基礎上，增加輔助電路，并對其進行理論論證和仿真分析。
1 環(huán)路構成及特性分析
全時間超前―滯后非相干碼跟蹤環(huán)原理框圖如圖1所示，設輸入信號y(t)為：
式(2)中d(t)為濾波后的數(shù)據(jù)波型，RPN
和RPN分別為超前滯后PN碼與PN(t-τ)的互相關波形，nL(t)與nE(t)分別為兩路輸出的噪聲項。忽略濾波器對PN碼波形的影響，由(2)式可得間隔為半個碼元的鑒相曲線如圖2所示，該曲線的線性部分，具有很好的鑒相特性。可見，圖1所示系統(tǒng)可實現(xiàn)PN碼的跟蹤。但在分析推算過程中包含一個重要假設，即含有相關器、濾波器、平方器的兩條路徑增益必須一致，否則，將失去平衡，將會有偏移電壓疊加到誤差電壓中，給同步跟蹤性能帶來嚴重影響，而絕對平衡又是不容易實現(xiàn)的，對此，又出現(xiàn)了非相干時分碼跟蹤環(huán)[3]，又叫抖動跟蹤環(huán)[4]，該電路的特點是只用一個相關器的路徑，用時分方式獲得本地超前或滯后的ＰＮ碼序列。對于該電路的原理，Stone、Huang、Hartmann[3]等人均作過詳細分析，所得結論與全時間超前-滯后非相干碼跟蹤環(huán)基本一致。但是，它的優(yōu)點是犧牲了跟蹤回路噪聲性能換來的，這是因為解擴信號按時分各取一半，相關功率損失3dB，使其信噪比下降。
Hopkins[5]提出了一種跟蹤環(huán)路，稱為雙抖動同步跟蹤環(huán)路。分析可得，該跟蹤回路既能解決全時間跟蹤回路的兩路增量不平衡問題，又能解決非相干時分碼跟蹤環(huán)噪聲性能變壞的問題。該系統(tǒng)的鑒別器結構是利用開關函數(shù)使前、后相關通道輪流交換，使得經(jīng)差分后的輸出信號中由兩個通道增量不平衡造成的影響相互抵消，同時，不損失通道的信噪比。但是該電路應用開關函數(shù)，由于帶寬的限制，所產(chǎn)生信號波形的前后沿不陡峭，這將引起瞬變干擾，這種干擾等效于一種特殊的干擾噪聲，嚴重時會改變壓控震蕩器的工作狀態(tài)，造成同步紊亂。
2 帶有輔助電路的雙抖動同步跟蹤環(huán)路
前述雙抖動同步跟蹤環(huán)路所用開關信號q(t)一般由門電路產(chǎn)生。如前所述，由于系統(tǒng)的頻率性能所限，使得所產(chǎn)生脈沖信號的上升沿及下降沿出現(xiàn)指數(shù)特性，這將引起瞬變干擾。對此，本文提出一種輔助電路，對脈沖波形進行加工，使其前后沿變陡，配合所設計的開關電路，可有效地克服雙抖動同步跟蹤環(huán)路電路中的瞬變干擾。仿真結果表明了該模式的良好性能。
2.1 電路構成及工作原理
雙抖動同步跟蹤環(huán)路中帶有輔助電路的開關電路如圖3所示。脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生開關信號q′(t)，波形的起始部分可表示為指數(shù)函數(shù)，歸一化后可表示為：
可見，突變沿不陡峭的影響基本消除，微分電路" title="微分電路">微分電路的輸出可有陡峭的突變沿，作為開關信號可消除瞬變干擾。
對于模擬開關部分，當微分電路輸出+1時，前擴碼與乘法器3相連，后擴碼與圖3中乘法器4相連；當輸出為0時，前擴碼與乘法器2相連，后擴碼與乘法器1相連。微分電路輸出1、0交替信號，延時半個周期后變成0、1交替信號。在某一時刻當微分電路輸出信號值顯示為1時，延時電路的信號即為0。這里前擴碼用PN1(t)表示，后擴碼用表示PN2(t)。當微分電路輸出1時，在左半電路中，有：
即前擴碼由左路輸出(輸出端1)，后擴碼由右路輸出(輸出端2)；當微分電路輸出0時，同樣的分析思路可知，前擴碼由右路輸出(輸出2)，后擴碼由左路輸出(輸出1)，完好地實現(xiàn)了開關轉換功能。
2.2 仿真研究
在動態(tài)電路仿真軟件SystemView仿真平臺下，對于圖3所示電路，建立仿真電路模型，運行仿真程序，得如圖4所示的仿真圖形。可見，q(t)波形完全克服了q′(t)的過渡沿，并且，加輔助電路后，消除了由于脈沖跳變的過渡過程而帶來的瞬變干擾。
擴頻通信由于具有抗干擾性強、安全可靠、功率密度低等諸多優(yōu)點，與光纖通信、衛(wèi)星通信一起被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸形式。而擴頻接收機的性能直接關系著擴頻技術的實際應用。擴頻信號的捕獲與跟蹤是擴頻接收機的關鍵環(huán)節(jié)，為此，人們進行了大量的研究。參考文獻[6]介紹通過相位轉換開關改善系統(tǒng)性能，但不能克服瞬變干擾；參考文獻[7]通過混合系統(tǒng)來改善脈沖波形，并通過了仿真驗證，但系統(tǒng)的復雜度大為增加。本文所提出的方案在原有實際系統(tǒng)的基礎上增加兩個實用單元，為實際工程中直擴接收機性能的改進提供了參考。
參考文獻
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2 沈允春.擴譜技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995
3 Holmes J K著，梁振興，蔡開基譯.相干擴展頻譜系統(tǒng)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1991
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