[發明專利]一種擴頻碼跟蹤環路的構成及其運行方法

有效

• 申請號: 200710304686.3
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101242195A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 姚錚;崔曉偉;陸明泉;馮振明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69;G01S1/02
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 何文彬

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別涉及到在擴頻通信中當擴頻符號使用Manchester碼時，接收機中的一種擴頻碼跟蹤環路的構成及其運行方法。

背景技術

絕大多數的擴頻通信系統使用的信號采用矩形的擴頻符號，但在衛星導航領域中，例如在下一代的GPS以及歐洲的全球導航衛星系統-Galileo中，一些信號使用了Manchester碼作為擴頻符號。因為使用Manchester碼作為擴頻符號的信號比使用通常的BPSK調制的信號具有更好的頻譜分離特性，所以這種信號可以提高頻譜利用率，減少對同一頻點其它信號的干擾。而且這種信號的均方根帶寬比同樣碼速率的BPSK信號更寬，所以使用這種信號作為測距信號可以獲得更高的測量精度。正是這些優異的特性使得該信號被越來越多地用在新一代的衛星導航系統中。

但是，使用Manchester碼作為擴頻符號的信號在具有上述優勢的同時也存在一些缺陷。這種擴頻信號的自相關函數的包絡呈鋸齒狀，在正負一個碼片的延遲范圍內有三個峰值和兩個過零點。在理想情況下，碼同步過程中應保證碼跟蹤環鎖定在白相關函數的主峰上。如果碼跟蹤環路使用原來為采用矩形擴頻符號的擴頻信號所設計的延遲鎖定環(DLL)，則在對使用Manchester碼作為擴頻符號的信號進行跟蹤時，有較大的概率使環路鎖定在自相關函數的一個幅度較小的邊峰上。由于邊峰的高度只有主峰的1/2，這會使送入數據解調器的積分值出現3dB的能量損失影響的數據解調的誤碼率，同時跟蹤精度也會下降。不僅如此，誤鎖在邊峰上也會使碼測距結果有一個固有的偏差，其長度約為0.5個擴頻符號長度，以Galileo系統中使用了Manchester碼作為擴頻符號的E1公共服務信號為例，這個固有偏差長度為293米，這將嚴重影響系統最終的定位正確性。由于上述問題的根源在于跟蹤環無法判斷是鎖在主峰上還是邊峰上，這個問題被稱為多峰模糊問題。

在現有技術中，解決Manchester碼符號擴頻碼跟蹤中的多峰模糊問題主要有三類方法：

1.BPSK-like法：將Manchester碼作為擴頻符號的信號在頻域上的上下邊帶近似看作是兩個BPSK調制的擴頻信號，對其分別處理，使其相關函數不再具有多峰特性。每個邊帶的信號經過濾波單獨提取出來與本地使用NRZ擴頻碼形的擴頻信號作相關，相關函數沒有了多峰模糊度，這種方法最大的優勢在于鑒相范圍寬，而且減小了處理的帶寬，因此采樣點數可以減少，抗干擾能力強，當檢測到一個邊帶遭受窄帶干擾，可以只使用另一個邊帶進行處理。這種方法的缺點在于復雜度較高，輸入信號與本地信號都需要濾波，而且雙邊帶處理需要6個復相關器(12實)，單邊帶處理雖然相關器數能減一半，但又有3dB能量損失，降低了性能。更主要的是這樣處理實際上減小了相關峰的陡峭程度，對應在頻域上是減小了信號的均方根帶寬，由TOA測量的理論可知，此時的跟蹤精度距信號本身所提供的性能界有所下降。

2.Bump-jumping法：在接收機中增加監控裝置，使得碼跟蹤環一旦誤鎖在邊峰上可以及時發現并改正。這種方法實現簡單，最重要的是它直接跟蹤信號的主峰，因此在鎖定正確峰值的時候其可以發揮出使用Manchester碼的擴頻信號跟蹤精度高的優勢。其缺點在于由于采用比較主峰和邊峰大小的方法來確定當前跟蹤的是哪個峰，因此在低信噪比下其誤跟蹤的概率很大，并且由于使用了計數器來進行多次判決保證一定的虛警率，這種方法從錯誤中恢復的速度較慢，在一些對精確測量的連續性要求較高的應用有限制。

3.改變本地信號格式，不再使用與輸入信號相同的擴頻碼形，而是尋找一種新的擴頻碼形，使得本地信號與輸入信號的相關函數不再具有多峰特性。這種思路已有若干方法被提出，但這些現有方法都存在抗多徑性能差、能量衰減大等缺點。

發明內容

本發明需要解決的技術問題，是使用Manchester碼作為擴頻符號的擴頻信號碼同步中的多峰模糊問題。針對現有的幾種方法都存在不同缺陷，或是復雜程度高，能量損耗大，降低了性能；或是雖復雜程度不高，但在低信噪比下，該跟蹤的錯誤概率很大，而且從錯誤中恢復的速度較慢，不適合要求連續性高的精確測量。為了克服現有幾種方法中存在的這些不足之處，就需要重新研究一種解決多峰模糊問題的方法，本發明的目的是提供一種擴頻碼跟蹤環路的構成及其運行方法，即提供一種擴頻碼同步裝置。只要擴頻碼的碼形使用Manchester碼，接收機中都可以使用本發明進行偽隨機碼的同步以及碼相位的測量，比傳統方法提高測量精度，并且環路的抗多徑能力顯著增強。