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摘 要：本文主要介绍了对直序扩频信号基于SAW卷积器的伪码同步，详细分析了SAW卷积器实现伪码快速同步的原理，给出了实现伪码同步的具体方法，为提高直序扩频系统的性能提供了可靠的科学保障。
关键词：直序扩频；SAW卷积器；伪码；同步
中图分类号：TN914
扩频通信是一种信号传输技术，最常用的是直接序列扩频方式。发射时，先使用伪随机码对数据信息进行编码调制，这样信号频谱就扩展到很宽的频带上，信号幅度小于噪声幅度，然后再传输信号，这就极大地提高了通信的抗截获能力和隐蔽性；接收时，为了将原始数据信息恢复出来，则需要采用与发射时同样的伪码，对接收信号进行相关解扩解调处理。典型的直扩系统的基本框图如图1。
图1 直扩系统
通过编码调制的方式进行频带扩展后，信号所占用的带宽就远远超出了传输信息时所需的最小带宽，因此扩频通信具有很多优势，例如抗干扰性强、截获概率低、码分多址、抗多径衰落等，所以在导航、军事通信诸多领域中得到了十分广泛的应用。
1 伪码的同步
在对接收到的信号进行信码检测之前需要先解扩，而解扩必须依靠接收端本地产生一个与发射端完全相同的伪随机码（PN码）来进行，这就是说接收伪码在频率、相位上都要与发射端的伪码一致。然而在实际通信中，由于接收端无法准确获知发射端伪码的初始相位和载波频率，以及收/发时钟的不一致性、伪码的启动时差、传播时延等因素干扰，收/发端的伪码开始时总是不一样的，这就造成接收信号无法正确解扩，通信无法进行。因此必须采取一定的技术方法实现收/发端伪码的统一，这就是伪码的同步。它是直序扩频系统能否正常工作的决定因素。
伪码同步的目标是要使收/发端伪码的相位差保持在一个比特之内，且收/发端伪码的时钟频率严格保持一致，同时使载波频率互相对准。它一般包括两个步骤：捕获和跟踪。捕获（即粗同步），就是接收机自动搜索，直至获得接收伪码精确的频率和粗略的相位信息，并相应调整接收机本地伪码的频率和相位，使得接收伪码与本地伪码间的相位误差小于1/2个码片长度，为下一步作好准备。完成捕获后，本地伪码与接收伪码相位就基本对准，为获得两码的精确对准状态，必须立即调整本地伪码速率，使之随接收伪码速率变化，这一过程就是跟踪（即细同步），而跟踪就会继续减小两码的相位差达到精确的同步，并将这种高精度的相位对齐关系在整个通信过程中保持下来。伪码的同步是直序扩频系统接收机所要完成的首要任务。
伪码的同步方法有很多，都依据的是最大似然估计算法，基本的实现方法是采用延迟锁定环（DDL）。它是利用以伪码的互相关特性形成的一个误差信号去控制本地伪码的时钟源频率以跟踪接收伪码速率的变化。将伪码自相关函数波形分别向左右移动一个或1/2个码元（chip）后合成具有双峰的三角形波形的误差信号，以代表本地伪码速率的快慢。目前应用广泛的伪码同步方法有滑动搜索和匹配滤波同步。滑动搜索的特点是伪码的可编程性强，可以处理长伪码，但它必须对搜索的码相位区间逐个码元进行相关、积分、门限比较判决、本地扩频伪码步进调整等步骤，所以捕获速度较慢。搜索完毕后还需跟踪电路进行精同步调整，电路也较为复杂。声表面波器件（SAWD）在直扩系统中的应用是以匹配滤波器的形式出现的，SAW卷积器是无源模拟中频器件，利用它对信号相关处理的优良性能可以实时、高速地完成本地伪码与接收伪码的相关运算，只需等待一个伪码周期即可将两个码序列对准，即使在噪声或其它干扰很强的情况下，也只需要几个伪码周期即可同步，因此实现了真正意义的扩频伪码的快速同步。
2 SAW卷积器
SAW卷积器是利用压电基片上两相对方向传播的声表面波信号在非线性传播媒质中的相互作用而产生信号的卷积功能。图2为压电非线性卷积器的结构，基片上除左、右两端叉指换能器外，还在基片中间的上、下端印制一对长为L的金属电极板，用来输出信号。
此值为最大的相关值输出，因此利用SAW卷积器可实现相关捕获，且SAW卷积器是小时宽、大带宽器件，动态范围大，所以可方便用于扩频通信系统。
3 利用SAW卷积器同步的原理与实现
在扩频伪码的捕获过程中，相关运算是基本运算，以下是利用SAW卷积器进行伪码同步的基本原理框图。
显然，一般PD>1.5，所以SAW卷积器捕获同步方式的平均捕获时间 ，属于捕获时间较短的一种快速捕获方式。
SAW卷积器比较灵活方便，可以对任意伪码结构作卷积，伪码完全由输入信号决定，所以基于SAW卷积器的捕获同步方式是一种实用的伪码同步方式，得到了技术人员的高度重视，配备了SAW卷积器同步装置的直扩系统经外场实验验证，其同步捕获性能快速准确，且跟踪精度高，提高了系统的抗干扰性能。
参考文献：
[1]暴宇，李新民.扩频通信技术及应用[M].西安：西安电子科技大学，2011.
[2]冯彦芳.直扩通信中的伪码捕获技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2011.
[3]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第7版）[M].北京：国防工业出版社，2012.
作者简介：蒲蔚妮（1978-），女，陕西西安人，工程师，研究方向：射频通信；姜晓兵（1977-），男，山东成武人，博士，副教授。
作者单位：中国电子科技集团公司第20研究所，西安 710068；西安电子科技大学，西安 710071
关键词：直序扩频；SAW卷积器；伪码；同步
中图分类号：TN914
扩频通信是一种信号传输技术，最常用的是直接序列扩频方式。发射时，先使用伪随机码对数据信息进行编码调制，这样信号频谱就扩展到很宽的频带上，信号幅度小于噪声幅度，然后再传输信号，这就极大地提高了通信的抗截获能力和隐蔽性；接收时，为了将原始数据信息恢复出来，则需要采用与发射时同样的伪码，对接收信号进行相关解扩解调处理。典型的直扩系统的基本框图如图1。
图1 直扩系统
通过编码调制的方式进行频带扩展后，信号所占用的带宽就远远超出了传输信息时所需的最小带宽，因此扩频通信具有很多优势，例如抗干扰性强、截获概率低、码分多址、抗多径衰落等，所以在导航、军事通信诸多领域中得到了十分广泛的应用。
1 伪码的同步
在对接收到的信号进行信码检测之前需要先解扩，而解扩必须依靠接收端本地产生一个与发射端完全相同的伪随机码（PN码）来进行，这就是说接收伪码在频率、相位上都要与发射端的伪码一致。然而在实际通信中，由于接收端无法准确获知发射端伪码的初始相位和载波频率，以及收/发时钟的不一致性、伪码的启动时差、传播时延等因素干扰，收/发端的伪码开始时总是不一样的，这就造成接收信号无法正确解扩，通信无法进行。因此必须采取一定的技术方法实现收/发端伪码的统一，这就是伪码的同步。它是直序扩频系统能否正常工作的决定因素。
伪码同步的目标是要使收/发端伪码的相位差保持在一个比特之内，且收/发端伪码的时钟频率严格保持一致，同时使载波频率互相对准。它一般包括两个步骤：捕获和跟踪。捕获（即粗同步），就是接收机自动搜索，直至获得接收伪码精确的频率和粗略的相位信息，并相应调整接收机本地伪码的频率和相位，使得接收伪码与本地伪码间的相位误差小于1/2个码片长度，为下一步作好准备。完成捕获后，本地伪码与接收伪码相位就基本对准，为获得两码的精确对准状态，必须立即调整本地伪码速率，使之随接收伪码速率变化，这一过程就是跟踪（即细同步），而跟踪就会继续减小两码的相位差达到精确的同步，并将这种高精度的相位对齐关系在整个通信过程中保持下来。伪码的同步是直序扩频系统接收机所要完成的首要任务。
伪码的同步方法有很多，都依据的是最大似然估计算法，基本的实现方法是采用延迟锁定环（DDL）。它是利用以伪码的互相关特性形成的一个误差信号去控制本地伪码的时钟源频率以跟踪接收伪码速率的变化。将伪码自相关函数波形分别向左右移动一个或1/2个码元（chip）后合成具有双峰的三角形波形的误差信号，以代表本地伪码速率的快慢。目前应用广泛的伪码同步方法有滑动搜索和匹配滤波同步。滑动搜索的特点是伪码的可编程性强，可以处理长伪码，但它必须对搜索的码相位区间逐个码元进行相关、积分、门限比较判决、本地扩频伪码步进调整等步骤，所以捕获速度较慢。搜索完毕后还需跟踪电路进行精同步调整，电路也较为复杂。声表面波器件（SAWD）在直扩系统中的应用是以匹配滤波器的形式出现的，SAW卷积器是无源模拟中频器件，利用它对信号相关处理的优良性能可以实时、高速地完成本地伪码与接收伪码的相关运算，只需等待一个伪码周期即可将两个码序列对准，即使在噪声或其它干扰很强的情况下，也只需要几个伪码周期即可同步，因此实现了真正意义的扩频伪码的快速同步。
2 SAW卷积器
SAW卷积器是利用压电基片上两相对方向传播的声表面波信号在非线性传播媒质中的相互作用而产生信号的卷积功能。图2为压电非线性卷积器的结构，基片上除左、右两端叉指换能器外，还在基片中间的上、下端印制一对长为L的金属电极板，用来输出信号。
此值为最大的相关值输出，因此利用SAW卷积器可实现相关捕获，且SAW卷积器是小时宽、大带宽器件，动态范围大，所以可方便用于扩频通信系统。
3 利用SAW卷积器同步的原理与实现
在扩频伪码的捕获过程中，相关运算是基本运算，以下是利用SAW卷积器进行伪码同步的基本原理框图。
显然，一般PD>1.5，所以SAW卷积器捕获同步方式的平均捕获时间 ，属于捕获时间较短的一种快速捕获方式。
SAW卷积器比较灵活方便，可以对任意伪码结构作卷积，伪码完全由输入信号决定，所以基于SAW卷积器的捕获同步方式是一种实用的伪码同步方式，得到了技术人员的高度重视，配备了SAW卷积器同步装置的直扩系统经外场实验验证，其同步捕获性能快速准确，且跟踪精度高，提高了系统的抗干扰性能。
参考文献：
[1]暴宇，李新民.扩频通信技术及应用[M].西安：西安电子科技大学，2011.
[2]冯彦芳.直扩通信中的伪码捕获技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2011.
[3]樊昌信，曹丽娜.通信原理（第7版）[M].北京：国防工业出版社，2012.
作者简介：蒲蔚妮（1978-），女，陕西西安人，工程师，研究方向：射频通信；姜晓兵（1977-），男，山东成武人，博士，副教授。
作者单位：中国电子科技集团公司第20研究所，西安 710068；西安电子科技大学，西安 710071