扩频系统中自动频率校正单元的设计与实现

　　码分多址通信系统具有系统容量大、抗干扰能力强、保密性好等诸多优点,因而近几年来在世界范围内得到广泛的重视和研究.美国Qualcomm公司1991年提出了采用码分多址技术的蜂窝通信系统,并获得TIA的通过成为IS-95系列标准.IS-95标准中,下行链路采用直接序列扩频及QPSK调制,接收机可以采用分集接收技术抑制多径衰落.同时由于下行链路中采用了导引信道,移动台接收机可以从导引信道上获取多径信道各径的幅度和相位信息,用于相干接收和最大比合并,因而移动台接收机对信道的变化有一定的适应能力,而在上行链路中采用非相干接收,但系统仿真表明,当收发信机载频差超过250 Hz时,上行链路和下行链路接收机的性能均严重下降.由于上述原因,IS-95标准中规定移动台的上行信道发射频率应低于基站下行信道发射频率45 MHz±300 Hz.因而有必要在移动台中采用自动频率校正技术,以提高移动台接收机的性能,并满足IS-95标准中对移动台发射频率的规定.

　　1　信道系数和载频频差的估计

　　1.1　IS-95标准下行信道结构

　　IS-95标准中下行信道包括导引信道、同步信道、寻呼信道和业务信道.基站发射信号的基带表示为

　　式中,P为导引信道的信号功率;Pni(t),Pnq(t)为导引信道所用的I、Q两路伪随机序列,Pm,dm(t),Pim(t),Pqm(t)分别为第m个码道的信号功率、调制数据和该码道所用的I、Q两路伪随机序列.

        多径衰落信道的冲激响应可以表示为

　　式中,L为接收机可分辨的多径数目;αl,θl,τl分别为第l径的路径增益、随机相位和随机时延.则接收机接收到的信号可以表示为

　　式中,n(t)为加性高斯白噪声,其单边功率谱密度为N0;Δω为接收信号与接收机本振载波频率的差值.

　　1.2　信道系数和载波频差的估计

　　由于IS-95标准中采用了导引信道,因而移动台接收机可以利用导引信道进行信道参数和载频频差的估计.其结构如图1所示,接收信号经以码片时间Tc间隔采样后与不同时延的伪随机序列Pni(i-τ/Tc)+jPnq(i-τ/Tc)相乘并累加,累加区间为[(n-1)TE, nTE],其中,TE= MTb= MNTc= (1/1 228 800)s,Tb为一个数据比特的时间,N为系统的处理增益.

　　假设Pni(t),Pnq(t),Pim(t)和Pqm(t)之间相互正交,可以得到信道各径系数的估值cl(n)为

　　以及当k = Mn + i,i =0,1,…,M-1时X(k)的输出

　　由式(5)可以得到载频频差的估值

　　2　自动频率控制环路

　　对于IS-95标准的移动台,自动频率控制不仅要保证移动台接收机的正常工作,同时还需保证其发射机满足IS-95标准中对移动台发射频率的要求.通常在移动台射频电路中,收发载波的合成采用同一时钟参考源,因而采用适当的方法控制该时钟参考源将可以同时满足对收发载波合成的要求.本节将介绍自动频率控制环路及各组成单元的结构.