13.5. синхронизация широкополосных систем

Временную синхронизацию на приёме относительно принимаемого широкополосного сигнала можно разделить на две фазы. Имеется начальная фаза обнаружения сигнала и фаза отслеживания после того, как сигнал начально обнаружен.

Обнаружение. В широкополосных системах с ПП ПШ код должен быть синхронизирован во времени с точностью до небольшой части интервала чипа «XJW. Проблему начальной синхронизации можно рассматривать как задачу синхронизации часов приёмника относительно часов передатчика. Обычно в широкополосных системах используются точные и стабильные во времени часы. Следовательно, точное сопряжение во времени часов сводится к снижению временной неопределённости между передатчиком и приёмником. Однако всегда имеется начальная неопределённость времени, обусловленная неопределённостью расстояния между передатчиком и приёмником. Эта проблема становится особенно острой, когда устанавливается связь между подвижными пользователями. Обычная процедура для обеспечения начальной синхронизации - это посылка передатчиком известной псевдослучайной последовательности данных к приёмнику. Приёмник непрерывно находится в режиме поиска, ожидая эту последовательность для обеспечения начальной синхронизации.

Предположим, что начальная неопределённость во времени равна 7, а длительность

чипа . Если начальная синхронизация имеет место в присутствии аддитивного шума и другой интерференции, необходимо исследовать интервал = NT для того, чтобы выбрать в нём момент синхронизации. При грубом поиске с шагом 4-7 время, требуемое для достижения начальной синхронизации, равно

T=T7L = 2NT- (13.5.1)

Лсно, что синхронизационная последовательность, переданная к приёмнику, должна быть по крайней мере длительностью 2NT для того, чтобы приёмник имел достаточно времени для обеспечения необходимого поиска в последовательном режиме.

В принципе, оптимальными методами для обеспечения начальной синхронизации являются согласованная фильтрация или взаимная корреляция. Фильтр согласуется с известной последовательностью данных, генерируемой известной ПШ последовательностью, и непрерывно следит за превышением предварительно установленного порога. Когда это происходит, начальная синхронизация достигнута и демодулятор входит в режим «приёма данных».

Альтернативно, мы можем использовать коррелятор, как показано на рис. 13.5.1.

Принятый сигнал

Пороговый детектор

Рис. 13.5.1. Скользящий коррелятор для обнаружения ПШ сигна-та

Коррелирование производится по интервалу времени Ю\ (N чипов) и выход

коррелятора сравнивается с порогом, чтобы определить, присутствует ли в принимаемом сигнале известная сигнальная последовательность. Если порог не превышается, известная опорная последовательность продвигается во времени на 1]. секунд и процесс

коррелирования повторяется. Эти операции выполняются до тех пор, пока сигнал не обнаружится, или до тех пор, пока поиск не выйдет за пределы интервала неопределенности 7,. В последнем случае процесс поиска возобновляется.

Аналогичный процесс можно также использовать для СЧ сигналов. В этом случае проблема сводится к синхронизации ГШ! кода, который управляет скачками частоты. Чтобы выполнить эту начальную синхронизацию, известный сигнал СЧ передаётся приёмнику. Система начального обнаружения на приёме следит за этим известным сигналом СЧ. Для примера, можно использовать набор согласованных фильтров, настроенных на известные образцы передаваемых частот. Их выходы должны быть правильно сдвинуты, продетектированы по огибающей (или по закону квадратов), взвешены, если необходимо, и просуммированы (некогерентное интегрирование) для образования выходного сигнала, который сравнивается с порогом. Сигнал считается присутствующим, если превышается порог. Процесс поиска обычно производится непрерывно во времени, пока порог не будет превышен. Блок-схема, иллюстрирующая обнаружение сигнала, дана на рис. 13.5.2.

ФиЛ1.тр, пасгроеипый

Фнл1.тр, паетросппый па/.

Фильтр, иасгроеинын

Дегек-гор OI ибаютей

Детектор огибающей

Jiicpx; (alHH мнп)

Задержка

Задержка I

Рис. 13.5.2. Система для обнаружения СЧ сигнала

В качестве альтернативы, можно использовать простую пару блоков согласованный фильтр-детектор огибающей. Перед ней генератор образца скачка частоты, а после неё -последовательный интегратор и пороговый детектор. Эта конфигурация, показанная на

рис. 13.5.3, основана на последовательном поиске и подобна скользящему коррелятору для широкополосных ПП сигналов.

принятый сигнал

Детектор огибающей

Синхроимпульс

<-

Импульсы

Рис. 13.5.3. Альтернативная система для обнаружения сигнала с СЧ

Скользящий коррелятор для ПП сигналов и схема по рис. 13.5.3 для СЧ сигналов осуществляют последовательный поиск, который является расточителем времени. В качестве альтернативы, можно ввести определённую степень параллелизма, имея два или больше таких корреляторов, работающих параллельно, и каждый из них ищет по неперекрывающимся участкам времени. В таком случае сокращается время поиска в обмен на большую сложность и стоимость внедрения. Рисунок 13.5.2 представляет такую параллельную реализацию для СЧ сигналов.

На протяжении поиска могут быть ложные тревоги, которые возникают с заданной вероятностью ложной тревоги, предусмотренной при проектировании. Чтобы справиться с ними, необходимо иметь дополнительный механизм, подтверждающий, что принятый сигнал на выходе коррелятора остаётся выше порога. С такой стратегией детектирования большой импульс шума, который вызовет ложную тревогу, будет вызывать только временное превышение порога. С другой стороны, если пороговое устройство сработало из-за обнаруженного сигнала, сигнал на выходе коррелятора или согласованного фильтра будет оставаться выше порога на протяжении всего принятого сигнала. Таким образом, если подтверждение отсутствует, поиск возобновляется.

Другая стратегия начального поиска, названная последовательным поиском, была разработана Вардом (1965-1977). В этом методе время пребывания по каждой задержке в процессе поиска делается переменным путем использования коррелятора с переменным временем интегрирования, выход которого сравнивается с двумя порогами. Таким образом, здесь имеются три возможных решения:

1. Если верхний уровень превышается выходом коррелятора, начальная синхронизация объявляется установленной;

2. Если выход коррелятора находится ниже нижнего порога, сигнал объявляется отсутствующим при этой задержке и процесс поиска продолжается при другой задержке;

3. Если выход коррелятора находится между двумя порогами, время интегрирования увеличивается на один чип и результирующий выход снова сравнивается с двумя порогами.

Далее, шаги 1, 2 и 3 повторяются на каждом чиповом интервале до тех пор, пока выход коррелятора или превысит верхний порог или окажется ниже нижнего порога.