專利名稱：空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擴(kuò)頻通信的快速同步技術(shù)，特別是一種空基擴(kuò)頻通信的快速同步裝置， 屬于航空通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)是將數(shù)字基帶信號(hào)頻譜進(jìn)行極大擴(kuò)展后再進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。擴(kuò)頻 通信與傳統(tǒng)通信方式相比，具有誤碼率低、抗多徑干擾、保密能力強(qiáng)、易于數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)， 在航空通信領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。
典型的擴(kuò)展頻譜技術(shù)是，基帶信號(hào)先用Walsh碼進(jìn)行調(diào)制，再用偽噪聲(Pseudo Noise, PN)序列進(jìn)行調(diào)制。將信息碼元調(diào)制成多個(gè)周期為7;的碼片，有效的對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行頻譜擴(kuò) 展。進(jìn)一步的討論如下面文獻(xiàn)所述An Introduction to Spread Spectrum, IEEE Communications Magazine, 1983年3月，作者Charles E. Cook禾口 Howard S. Marsh.。在相 同頻段上廣播的每個(gè)發(fā)射機(jī)由它的唯一相位偏移來區(qū)分，每個(gè)發(fā)射機(jī)包括多個(gè)信道，通過不 同的Walsh碼編碼調(diào)制并區(qū)分。接收機(jī)去除載波信號(hào)后，利用與發(fā)射機(jī)匹配的PN碼序列和 Walsh碼對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，最終恢復(fù)信息碼元。為了使解調(diào)成功，在接收過程中，接收 機(jī)本地PN碼相位必須對(duì)發(fā)射機(jī)PN碼相位進(jìn)行跟蹤，保證接收和發(fā)送PN碼相位同步。
在美國專利"高速率-低速率PN碼跟蹤系統(tǒng)"(High rate-Low rate PN code tracking system, patent number: 5299229)中，公開了一種PN碼跟蹤系統(tǒng)，其中主要使用兩種PN 碼， 一種是高速率PN碼，另一種是低速率PN碼。該專利提供了根據(jù)不同數(shù)據(jù)比率來跟蹤不 同速率PN碼的方法。該專利在接收機(jī)端使用兩個(gè)不同速率的PN碼發(fā)生器，高速率的PN碼 發(fā)生器由多個(gè)延遲鎖相環(huán)(Delay locked loop, DLL)產(chǎn)生不同延遲后與接受碼序列進(jìn)行相 關(guān)，累計(jì)誤差結(jié)果作為反轉(zhuǎn)器的使能信號(hào)，反轉(zhuǎn)器的輸出作為電壓控制振蕩器(voltage controlled oscillator, VC0)的控制信號(hào)。
在美國專利"用于擴(kuò)展通信系統(tǒng)接收機(jī)的延遲鎖相碼跟蹤系統(tǒng)"(Delay-locked loop code tracking system for receiver of a code spread communication system, patent number: 5737362)中，公開了一種雙延遲鎖相環(huán)碼跟蹤系統(tǒng)通過產(chǎn)生相對(duì)與時(shí)序參考點(diǎn)具 有不同時(shí)差的本地碼(土o.5t;和土7;)，加大了跟蹤回路檢測區(qū)域的線性度。該專利根據(jù)提
前0.5 ;及7;的提前碼相關(guān)所得的信號(hào)能量和有延遲0.57;及7;的延遲碼相關(guān)所得的能量， 使用誤差檢測單元進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果經(jīng)過回路濾波器后向vco輸出控制信號(hào)。但以上專利都使用多個(gè)延遲鎖相環(huán)增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和功耗，不適合于載荷、能量有 限的情況，并且不同延遲相關(guān)結(jié)果線性運(yùn)算，速度相對(duì)較慢，不適合于高速移動(dòng)的航空器通 信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種適用于空基平臺(tái)直接序列擴(kuò)頻通信的快速同步裝置，保證 在空基平臺(tái)載荷、能量受限，目標(biāo)移動(dòng)速度快，機(jī)動(dòng)性大情況下，擴(kuò)頻信號(hào)的快速可靠同步。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案為空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置，其特點(diǎn)在于包括 用于把同相I和正交Q分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置用于將模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝 置輸出信號(hào)中的超前采樣信息和滯后采樣信息進(jìn)行分離的分路器；用于產(chǎn)生本地PN序列的 PN序列發(fā)生器；根f PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的PN序列值，用于處理從分路器來的超前采樣信號(hào) 的超前相關(guān)器；根據(jù)PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的PN序列值，用于處理從分路器來的滯后采樣信號(hào) 的滯后相關(guān)器；用于將所有超前相關(guān)值，包括I路和Q路超前相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；用 于將所有滯后相關(guān)值，包括I路和Q路滯后相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；用于將超前相關(guān)值與 滯后相關(guān)值進(jìn)行比較的減法器；用于根據(jù)所述的減法器的比較結(jié)果，對(duì)I和Q模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換裝置中的采樣時(shí)鐘進(jìn)行控制的采樣時(shí)鐘控制器，最終達(dá)到采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器同步。 所述的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用2倍于擴(kuò)頻碼片速率的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)。
所述的超前相關(guān)器包括相乘器、平方器和累加器，分路器輸出的I支路或Q支路的超 前采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器中相乘，相乘結(jié)果在平方器中平方， 平方后的相乘結(jié)果在累加器中寄存和累加。
所述的滯后相關(guān)器包括相乘器、平方器和累加器，分路器輸出的I支路或Q支路的滯后 采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器中相乘，相乘結(jié)果在平方器中平方， 平方后的相乘結(jié)果在累加器中寄存和累加。
所述的對(duì)I和Q路模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中的采樣時(shí)鐘進(jìn)行控制的采樣時(shí)鐘控制器，對(duì)高 頻率的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，達(dá)到計(jì)數(shù)門限后，控制采樣時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)，根據(jù)所述的減法器的比較 結(jié)果控制時(shí)鐘計(jì)數(shù)次數(shù)增加或減少，對(duì)應(yīng)采樣時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)提前或滯后。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明用于航空通信接收端同步裝置時(shí)可顯示出 明顯的優(yōu)越性。每條支路只使用超前和滯后兩個(gè)相關(guān)器，結(jié)構(gòu)簡單，適用于對(duì)能量、載荷有 嚴(yán)格要求的航空通信環(huán)境；綜合利用同相支路和正交支路的超前和滯后信息，對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào) 整，在正交調(diào)制時(shí)共用一套同步裝置，在結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，可傳輸兩路信息，增加了 信息傳輸速率；在相關(guān)器中對(duì)相乘結(jié)果平方后進(jìn)行累加，對(duì)超前和滯后相關(guān)誤差有放大作用，提高了同步靈敏度和同步速率。


圖l是直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)框圖2是本發(fā)明所述的空基擴(kuò)頻接收機(jī)快速同步裝置框圖； 圖3是接收機(jī)超前相關(guān)結(jié)果與滯后相關(guān)結(jié)果比較值與采樣時(shí)刻關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，顯示出了典型的直接序列擴(kuò)頻接收機(jī)框圖。接收機(jī)主要包括天線102、低噪 聲放大器104、帶通濾波器106、同相支路混頻器108、正交支路混頻器IIO、同步裝置112、 同相支路解擴(kuò)設(shè)備114、正交支路解擴(kuò)設(shè)備116。天線102接收來自擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)的信號(hào)。接 收信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器104得到放大。帶通濾波器106連接到低噪聲放大器104,對(duì)信號(hào) 進(jìn)行濾波，濾除帶外噪聲。同相支路混頻器108、正交支路混頻器110都連接到帶通濾波器 106。本地產(chǎn)生的同相載波在混頻器108中與濾波后信號(hào)混頻，從信號(hào)中去除同相載波；正 交載波在混頻器110中與濾波后信號(hào)混頻，從信號(hào)中去除正交載波。同步裝置112通過信號(hào) 線118與同相支路混頻器108相連，通過信號(hào)線120與正交支路混頻器110相連。同步裝置 112通過調(diào)整，使本地PN序列與發(fā)射機(jī)PN序列相位同步，輸出同步后的PN序列。同相支路 解擴(kuò)裝置114通過信號(hào)線118與混頻器108相連，通過信號(hào)線122與同步裝置112相連。同 相支路解擴(kuò)裝置114利用同步裝置112輸出的同步后PN序列，對(duì)混頻器輸出信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)， 得到同相支路數(shù)據(jù)。正交支路解擴(kuò)裝置116通過信號(hào)線120與混頻器110相連，通過信號(hào)線 122與同步裝置112相連。正交支路解擴(kuò)裝置116利用同步裝置112輸出的同步后PN序列， 對(duì)混頻器輸出信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，得到正交支路數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D2，顯示出了本發(fā)明所述的空基擴(kuò)頻接收機(jī)快速同步裝置，對(duì)應(yīng)圖l中同步裝置 112。信號(hào)線118將同相支路變頻器輸出信號(hào)傳送給同相支路模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器202,模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器202使用2倍于擴(kuò)頻碼片速率的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行釆樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該數(shù) 字信號(hào)經(jīng)過分路器206后，分為同相支路超前采樣結(jié)果和滯后采樣結(jié)果兩路輸出。分路器206 輸出的同相支路超前采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器210產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器230中相乘， 相乘結(jié)果在平方器232中平方，平方后的相乘結(jié)果在累加器234中寄存和累加。相乘器230、 平方器232和累加器234共同組成了同相支路超前相關(guān)器212。同相支路滯后采樣結(jié)果的處 理過程類似，即分路器206輸出的同相支路滯后采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器210產(chǎn)生的本地 PN序列在相乘器236中相乘，相乘結(jié)果在平方器238中平方，平方后的相乘結(jié)果在累加器 240中寄存和累加。相乘器236、平方器238和累加器240共同組成了同相支路滯后相關(guān)器 214。在正交支路的操作中，信號(hào)線120將正交支路變頻器輸出信號(hào)傳送給正交支路模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換器204使用2倍于擴(kuò)頻碼片速率的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字 信號(hào)經(jīng)過分路器208后，分為正交支路超前采樣結(jié)果和滯后采樣結(jié)果兩路輸出。分路器208 輸出的正交支路超前采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器210產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器242中相乘， 相乘結(jié)果在平方器244中平方，平方后的相乘結(jié)果在累加器246中寄存和累加。相乘器242、 平方器244和累加器246共同組成了正交支路超前相關(guān)器216。正交支路滯后采樣結(jié)果的處 理過程類似，即分路器208輸出的正交支路之后采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器210產(chǎn)生的本地 PN序列在相乘器248中相乘，相乘結(jié)果在平方器250中平方，平方后的相乘結(jié)果在累加器 252中寄存和累加。相乘器248、平方器250和累加器252共同組成了正交支路滯后相關(guān)器 218。
同相支路超前相關(guān)器212輸出結(jié)果與正交支路超前相關(guān)器216輸出結(jié)果在加法器220中 相加得到超前相關(guān)結(jié)果。同相支路滯后相關(guān)214輸出結(jié)果與正交支路滯后相關(guān)器218輸出結(jié) 果在加法器222中相加得到之后相關(guān)結(jié)果。超前相關(guān)結(jié)果與滯后相關(guān)結(jié)果在減法器224中進(jìn) 行相減比較，相減結(jié)果作為采樣時(shí)鐘控制器226的輸入。采樣時(shí)鐘控制器226根據(jù)超前相關(guān) 結(jié)果和滯后相關(guān)結(jié)果比較值，對(duì)同相支路模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器202和正交支路模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器 204采樣時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器同步。PN序列發(fā)生器210產(chǎn)生 的本地PN序列通過信號(hào)線122，傳送給解擴(kuò)模塊，對(duì)接收序列進(jìn)行解擴(kuò)。
參照?qǐng)D3，顯示出了減法器224相關(guān)結(jié)果比較值與采樣時(shí)鐘控制器226時(shí)鐘調(diào)整的關(guān)系， 其中采樣時(shí)鐘調(diào)整值為正，表示采樣時(shí)鐘超前調(diào)整，采樣時(shí)鐘調(diào)整值為負(fù)，表示采樣時(shí)鐘延 遲調(diào)整。當(dāng)比較值小于-1.3"07時(shí)，采樣時(shí)鐘延遲47;/16;當(dāng)比較值小于-9.3x106，大于等
于-1.3xl時(shí)，采樣時(shí)鐘延遲3 ;/16;當(dāng)比較值小于于-5.6x106，大于等于-9.3x106，采
樣時(shí)鐘延遲27;/16;當(dāng)比較值小于-1.9x106，大于等于-5.6x106，采樣時(shí)鐘延遲7;/16:當(dāng)
比較值小于1.9x106，大于等于-1.9x106,采樣時(shí)鐘不變；當(dāng)比較值小于5.6x106,大于等于 1.9x106，采樣時(shí)鐘超前7;/16;當(dāng)比較值小于9.3"06，大于等于5.6x106，采樣時(shí)鐘超前 2T;/16;當(dāng)比較值小于l,3x107，大于等于9.3x106，采樣時(shí)鐘超前37;/16;當(dāng)比較值大于等 于l,3xl07,采樣時(shí)鐘超前4 ;/16。
權(quán)利要求
1. 空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置，其特征在于包括用于把同相I和正交Q分量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置；用于將模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置輸出信號(hào)中的超前采樣信息和滯后采樣信息進(jìn)行分離的分路器；用于產(chǎn)生本地PN序列的PN序列發(fā)生器；根據(jù)PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的PN序列值，用于處理從分路器來的超前采樣信號(hào)的超前相關(guān)器；根據(jù)PN序列發(fā)生器產(chǎn)生的PN序列值，用于處理從分路器來的滯后采樣信號(hào)的滯后相關(guān)器；用于將所有超前相關(guān)值，包括I路和Q路超前相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；用于將所有滯后相關(guān)值，包括I路和Q路滯后相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；用于將超前相關(guān)值與滯后相關(guān)值進(jìn)行比較的減法器；用于根據(jù)所述的減法器的比較結(jié)果，對(duì)I和Q模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中的采樣時(shí)鐘進(jìn)行控制的采樣時(shí)鐘控制器，最終達(dá)到采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器同步。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置，其特征在于包括所述的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用2倍于擴(kuò)頻碼片速率的采樣率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空基擴(kuò)頻通信快速同步系統(tǒng)，其特征在于包括所述的超前相關(guān)器包括相乘器、平方器和累加器，分路器輸出的I支路或Q支路的超前采樣結(jié)果與PN 序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器中相乘，相乘結(jié)果在平方器中平方，平方后的相乘結(jié)果在累加器中寄存和累加。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置，其特征在于包括所述的滯后相關(guān)器包括相乘器、平方器和累加器，分路器輸出的I支路或Q支路的滯后采樣結(jié)果與PN 序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地PN序列在相乘器中相乘，相乘結(jié)果在平方器中平方，平方后的相乘 結(jié)果在累加器中寄存和累加。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空基擴(kuò)頻通信快速同步裝置，其特征在于包括所述的對(duì)I和Q路模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中的采樣時(shí)鐘進(jìn)行控制的采樣時(shí)鐘控制器，對(duì)高頻率的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，達(dá)到計(jì)數(shù)門限后，控制采樣時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)，根據(jù)所述的減法器的比較結(jié)果控制時(shí)鐘計(jì) 數(shù)次數(shù)增加或減少，對(duì)應(yīng)采樣時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)提前或滯后。
全文摘要
一種適用于空基平臺(tái)直接序列擴(kuò)頻通信的快速同步裝置包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置；將超前采樣信息和滯后采樣信息進(jìn)行分離的分路器；用于產(chǎn)生本地PN序列的PN序列發(fā)生器；處理從分路器來的超前采樣信號(hào)的超前相關(guān)器；用于處理從分路器來的滯后采樣信號(hào)的滯后相關(guān)器；將所有超前相關(guān)值，包括I路和Q路超前相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；將滯后相關(guān)值，包括I路和Q路滯后相關(guān)值進(jìn)行相加的加法器；將超前相關(guān)值與滯后相關(guān)值進(jìn)行比較的減法器；對(duì)I和Q模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置中的采樣時(shí)鐘進(jìn)行控制的采樣時(shí)鐘控制器，達(dá)到采樣結(jié)果與PN序列發(fā)生器同步。本發(fā)明保證在空基平臺(tái)載荷、能量受限，目標(biāo)移動(dòng)速度快，機(jī)動(dòng)性大情況下，擴(kuò)頻信號(hào)的快速可靠同步。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101286759SQ200810104679
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者坤 王, 羅喜伶 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)