CDMA系统中的快速捕获技术

1、CDMA系统中的快速捕获技术        摘要：主要分析了CDMA移动通信系统中的两种重要的快速捕获技术（并行捕获技术和匹配滤波器同步捕获技术，给出了他们的实现方案、系统框图等）。     关键词：完全并行；存储并行；混合并行；匹配滤波器同步是数字通信系统中设计非常重要的一个环节，因此如何快速准确的获得码的同步，如何使得在低信噪比的环境下能有效地进行同步捕获有非常重要的意义，所以快速捕获技术显得尤为重要。1并行捕获串行积分捕获电路每次积分时间只判别一个相位点是否同步，这在需要快速同步

2、的场合是不适应的，因此，我们很自然地想到如果可以用多个积分电路，每个电路采用不同的本地序列相位，则可以在一次积分时间后同时判别多个相位点，大大缩短了同步捕获时间，根据并行规模和处理过程的不同，我们将并行捕获分为三类：完全并行、存储并行和混合并行。并行捕获中是选取多个并行之路的输出的最大值与门限进行比较。从概率统计上来讲，这符合最大似然估计准则，因而在高斯信道中是最优的。11完全并行当接收序列的未知相位区间较小，而又需要快速的捕获时，我们可以考虑完全并行方案。设未知相位分为C个单元（每个单元间隔12 chip），则完全并行同步捕获有C条之路组成。如图1所示。输入信号分别输入C条之路作相关积分，每

3、条支路的本地参考序列相位各不相同，在积分周期结束时，得到C个相关积分结果，选取这C个结果中最大值MAX（Zi）i1，2，C与门限相比较，大于门限则认为有信号存在，并把最大值对应的相位暂时为正确相位，进行验证相关积分，第二次相关的结果再与门限2比较，大于门限则认为系统同步转入跟踪状态。如果MAX（Zi）i1，2，C小于门限则认为无信号或系统未同步，将所有相关积分器清零，并重新开始积分，得到新的C个新的结果，重复以上步骤。12存储并行当接收信号的未知相位区间很大，要做到完全并行是不可能的。一个可行的解决办法是将整个未知相位区间分段，每段包含CN个单元，共分成CCNCM段。对每段内的CN个单元作并行

4、积分，一次积分周期结束后，将CN个相关结果存储起来。接着复位CN个积分器，调整所有的本地参考序列相位，进行下一段并行积分，以此类推。当经过CM个积分周期后，所有的C个相位点的相关值都被计算并存储起来。选取其中的最大值MAX（Zi）i1，2，C与门限1比较，如果大于门限则假定最大值对应的相位为正确相位，转入验证积分状态，小于门限的则清除原先存储结果，重新开始所有的C个积分。13混合并行存储并行在硬件规模与系统性能之间作了一个平衡选择，但一个明显的缺陷是他要等CM个积分周期后才作一次判决，如果我们在每个积分周期之后对CN个相关结果进行选最大值并比较门限的操作，则通过适当的选取门限，可以达到加快捕获

5、效果，这就是混合并行方案。系统有2种工作状态，即搜索状态和验证状未知相位区间，将其分为CCNCM个子相位区间，每个相位区间包括CN个待测相位点。对一个子的相位区间的CN个相位区间的相位点是完全的并行搜索，对区间之间是串行搜索。每个检测器在一个相关积分周期T1后输出一个相关值，该相关值表征了该检测器中的本地序列与接收序列的相干程度。在每个相关积分周期结束时刻，共有CN个相关值被计算出来，选取其最大值与门限1比较，若大于门限则相关相位点被暂定为正确相位，转入相位验证状态；若小与门限1，则计算下一相位区间的相关值。在验证状态中，一个单独分开的非相干检测器载入暂定的准确相位与输入信号作积分长度为T2A

6、·T1的相关积分，将相关值与门限2作比较，若大于门限则系统转入同步跟踪状态，否则系统返回搜索状态。在并行检测装置中，检测概率的计算不仅要求正确支路的相关值大于门限，而且要求其余支路的相关值小于正确支路相关值。因此，并行装置的检测概率会小于相同信噪比下单支路的检测概率。2匹配滤波器同步捕获匹配滤波器的传递函数是所要匹配的信号的复共轭，当信号埋于高斯噪声中时，匹配滤波器使其输出信噪比最大。基带匹配滤波器的前段是在波解调（相干或非相干）、基带滤波和采样量化，输入信号依次送入移位寄存器组成的延迟线，每单位的延迟引出一个抽头，抽头的相乘系数就是扩频序列的值aN（aN±1）支持时间上的

7、反序。所有相乘序列送入一个庞大的加法器，得到一个匹配滤波器的输出。显然输出是一个多比特的数值，该数值的大小可以反映输入信号与匹配滤波器的冲击响应的匹配程度，当输入序列与移位寄存器的所有系数匹配时，输出达到最大值，显然，这样实现的匹配滤波器是一个典型的FIR滤波器。但是这样的匹配滤波器通常需要较长的阶数。因为当存在噪声如果匹配滤波器接触不够长其处理增益太小，则输出的信噪比也很小，误判的概率将很大，这与扩频序列的部分自相关有密切关系。匹配滤波器的系数固定于扩频序列上的某一段，当输入序列“走”到这一段时，会产生一个脉冲输出，该输出时刻指示与匹配滤波器相匹配的一段序列刚好进入移位寄存器，于是就知道了输

8、入序列的相位。虽然匹配滤波器的系数被固定于某一段扩频序列，但实际上，我们希望匹配滤波器的系数是可编程的，可设定的。原因很明显，不同的用户会使用不同的扩频序列，所以作为同步检测器的匹配滤波器也必须能够随时改写其系数。匹配滤波器的输出是多个高斯变量的组合仍是一个高斯变量，这就表明了相邻匹配滤波器输出是独立的。下面我们可以构造一个完整的使用匹配滤波器的同步捕获电路，如图2所示，系统可以工作与搜索状态和验证状态。当处于搜索状态时，信号经过载波解调，采样量化后分别送入4个匹配滤波器，匹配滤波器的系数由同相扩频序列和正交扩频序列在相同位置上的一段序列来决定（通常取序列开始的一段或最后的一段），对于短序列，

9、可能取整个周期的序列。当输入信号经12码元的间隔采样、量化后送入匹配滤波器。在验证状态下，系统将当前输入序列的相位载入码发生器并使其开始运转，同时将码发生器的输出序列连续不断地注入匹配滤波器的系数寄存单元，匹配滤波器的系数寄存单元与输入信号的同步时钟移位，记录匹配滤波器在该状态下的A个输出样本，如果其中有A（A是系统设计系数，为一正整数）个大于门限2，则认为系统同步，转入跟踪状态，否则系统转回搜索状态。3结语通过快速捕获技术，可以快速准确的捕获到码同步信号，即使在低信噪比的情况下，为系统的抽样判决提供了最大的信噪比，降低了系统的误码率，提高了数字通信系统中的可靠性。随着技术的不断发展和完善，快速捕获技术会更广泛的应用在数字通信系统中