【正文】 ............................................................ 29 致 謝 ......................................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 31 附錄 A 英文原文 ...................................................................................................................... 32 附錄 B 中文翻譯 ...................................................................................................................... 39 附錄 C 元器件表 ...................................................................................................................... 50 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒 論 課題研究意義及背景 隨著信息化社會(huì)進(jìn)程的不斷深入，通信在人們的生活中扮演著愈發(fā)重要的角色，對(duì)通信技術(shù)的要求也隨之越來越高。在無線通信的應(yīng)用方面，信道在傳播過程中存在不同形式的干擾且無孔不入，這便使得信道具備開放性的特點(diǎn)，而這些例如工業(yè)、大氣、人為，乃至其他通信設(shè)備等中的干擾會(huì)使無線通信的傳播更為困難。在無線通信應(yīng)用于軍事的過程中，對(duì)立雙方只有在信息和電磁的爭(zhēng)奪中處于優(yōu)勢(shì)地位才會(huì)獲得電子戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利，那么無線通信的干擾環(huán)境無疑會(huì)變得更加惡劣。然而隨著人們對(duì)無線通信要求的進(jìn)一步加深以及技術(shù)手段方面的不斷成熟，現(xiàn)代化抗干擾技術(shù)顯得更加 完善，主要包括：擴(kuò)頻技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、猝發(fā)通信技術(shù)、分集技術(shù)、自適應(yīng)濾波技術(shù)等，而在其中應(yīng)用最為廣泛且最為實(shí)用的便是擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)作為一種抗干擾的通信方式，一方面能夠有效解決無線通信系統(tǒng)中的多址問題，具有抗干擾能力強(qiáng)，保密性好的特點(diǎn)；另一方面，由于 擴(kuò)頻系統(tǒng)中 的 擴(kuò)頻碼 可以將 信號(hào)頻譜 進(jìn)行 擴(kuò)展 ，導(dǎo)致擴(kuò)頻系統(tǒng) 與 擴(kuò)頻碼 間的 性能 聯(lián)系緊密。同時(shí)，軍事需求在擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展上的重要意義亦不容忽視 。人們?cè)陔姶偶夹g(shù)方面干擾與抗干擾之間的斗爭(zhēng)，被我們叫做通信電子戰(zhàn)或通信對(duì)抗。在歷次的戰(zhàn)爭(zhēng)中電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)的勝負(fù)都決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān) 鍵，是否能取得制信息權(quán)直接決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。如今是信息時(shí)代，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)是未來高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)，在電磁領(lǐng)域敵對(duì)雙方在偵查與反偵察、干擾與抗干擾、欺騙與反欺騙、摧毀與反摧毀方面的較量，是爭(zhēng)奪制信息權(quán)的非常重 要的部分 。所以擴(kuò)頻技術(shù)的出現(xiàn)，不但首先被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，而且擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，為軍事抗干擾通信提供了有力支撐 [14]。 擴(kuò)頻通信作為一門成熟的技術(shù)，在通信及其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。擴(kuò)頻技術(shù)作為抗干擾通信的主要技術(shù)手段，得到了普遍的應(yīng)用。擴(kuò)展頻譜通信是偽隨機(jī)編碼也就是擴(kuò)頻序列將待傳送的信息數(shù)據(jù) 調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展以后再放到信道中傳輸，接收端則采用與發(fā)送端完全相同的編碼進(jìn)行解調(diào)和相關(guān)處理，從而恢復(fù)出原始的信息數(shù)據(jù)。在這其中，偽隨機(jī)碼發(fā)生器是十分重要的一環(huán)，是對(duì)信息加密的核心器件。擴(kuò)頻技術(shù)可以把頻譜很窄的基帶信號(hào)變成頻譜很寬的基帶信號(hào)再進(jìn)行傳輸，可以擴(kuò)大很多倍，在利用相關(guān)接收的技術(shù)在接收端接到信號(hào)后，從擴(kuò)展后的信號(hào)中恢復(fù)出原來的信號(hào)，以達(dá)到防止信號(hào)傳輸過程中被干擾的情況發(fā)生。與常規(guī)的信號(hào)傳輸方式相比，常用的沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 方式通常把信號(hào)帶寬變窄，并在接收端用窄帶濾波的方法，以此來提升信號(hào)的信噪比，并能成功濾除其他干擾 提高信號(hào)質(zhì)量。當(dāng)傳輸信號(hào)的帶寬加寬的同時(shí)，在傳輸中受到干擾的因素越多，但是，香農(nóng)用他的信息論相關(guān)理論證明了事實(shí)恰恰相反，擴(kuò)頻通信最能抵抗干擾，是無線通信系統(tǒng)中多址、抗干擾、提升保密性的有效途徑之一。擴(kuò)頻碼又稱為信道化碼，它可以分別出屬于同一地方的不同傳輸連接用于區(qū)分來自同一小區(qū)的不同傳輸連接，我們分別從上行和下行討論擴(kuò)頻碼，可以看出，在下行擴(kuò)頻碼區(qū)別了不同的鏈路連接，在上行擴(kuò)頻碼區(qū)別了同終端的不同物理連接。 國內(nèi)外研究狀況 擴(kuò)頻技術(shù)的研究開始是基于軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，一開始就是十分神秘的。最早有誰提出擴(kuò)頻的概念已經(jīng)很難考證，但其發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程，從開始進(jìn)行研究到成熟應(yīng)用，大約的時(shí)間段為 20 世紀(jì)初至 20 世紀(jì) 60 年代。直至目前，擴(kuò)頻技術(shù)仍處于不斷發(fā)展的過程中。 早在 20 世紀(jì) 20 年代中期誕生的 RADAR9(Radio Detection And Ranging)，一個(gè)利用回波證實(shí)電離層存在的系統(tǒng)，發(fā)射的頻率寬度大于用于收聽回波的聲音頻譜寬度，就具備了今天我們所說的擴(kuò)頻系統(tǒng)的基本特征。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，德國研制的線性調(diào)頻脈沖 壓縮系統(tǒng)（即 Kugelschale）和脈沖 脈沖頻率跳變系統(tǒng) (Reisslaus)均應(yīng)用了頻譜擴(kuò)展技術(shù)，類似的系統(tǒng)在 20 世紀(jì) 40 年代中后期才在美國出現(xiàn)。 20世紀(jì) 40 年代中期，由 Van 及 Vleck 和 Middleton 等人提出的利用匹配濾波器實(shí)現(xiàn)最大信噪比的脈沖檢測(cè)公式，表明在白噪聲條件下，最佳信號(hào)檢測(cè)性能僅取決于信號(hào)能量與白噪聲功率譜密度之比，這使得滿足其他要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（如 LPI 和 AJ 等），僅通過選擇波形就可以達(dá)到。 在 20 世紀(jì) 40 年代，好萊塢女演員赫蒂（ Hedy ）第一個(gè)提出利用跳頻擴(kuò)譜技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)抗干擾通信系統(tǒng)的構(gòu)想。 20 世紀(jì) 50 年代，伍德華特（ ）發(fā)現(xiàn)：在雷達(dá)測(cè)距和測(cè)速中，采用白噪聲信號(hào)，其測(cè)量誤差最小，這為擴(kuò)頻技術(shù)的應(yīng)用開辟了道路。在 20 世紀(jì) 50 年代，美國麻省理工學(xué)院研究成功的 NOMAC 系統(tǒng)（ Noise Modulation and Correlation System），成為擴(kuò)頻通信研究發(fā)展的開端，從此，軍事通信部門對(duì)軍事通信、空間探測(cè)、衛(wèi)星偵查、導(dǎo)彈制導(dǎo)等方面廣泛應(yīng)用擴(kuò)頻通信方式的研究就十分活躍了。在 20 世紀(jì) 60 年代初，美國開始將擴(kuò)頻通信應(yīng)用于軍事衛(wèi)星，大約在 20 世紀(jì) 60 年代中期， Magnavox 公司研制成功頻譜展寬話音調(diào)制解調(diào)器 MX沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 170C，用于 VRC12 型超短波電臺(tái)，其頻率為 30~76MHz。該電臺(tái)裝置了這個(gè)擴(kuò)頻終端后，大大提高了抗干擾能力，這個(gè)電臺(tái)可在敵方干擾比傳輸?shù)膫卧肼曅盘?hào)比傳輸信號(hào)高 20 倍的情況下進(jìn)行通信。 從國內(nèi)來看，近十多年來，出于民用通信特別是陸地移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，擴(kuò)頻通信的研究也在不斷深入。各大高校及一些科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行這方面的工作，如清華大學(xué)、天津大學(xué)、北京郵電大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南京郵電大學(xué)等都在積極地開展擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的研究。 目 前研究的次最優(yōu)多用戶檢測(cè)器主要可分為兩大類：線性檢測(cè)器和反饋檢測(cè)器。前者包括解相關(guān)檢測(cè)器、最小均方誤差序列檢測(cè)器等；后者則包括多級(jí)檢測(cè)器、判決反饋檢測(cè)器、順序干擾撤銷和并行干擾撤銷檢測(cè)器等?？紤]信道編碼的多用戶接收機(jī)又可以分為非迭代接收機(jī)和迭代接收機(jī)。這些檢測(cè)器的實(shí)現(xiàn)都需要知道預(yù)期用戶的擴(kuò)頻碼、定時(shí)信息以及信道沖擊響應(yīng)，有時(shí)還需要知道多用戶干擾。這些信息可以通過發(fā)送擴(kuò)頻序列獲得，但使用擴(kuò)序列就降低了系統(tǒng)的頻譜利用效率，因此不使用擴(kuò)頻序列的多用戶檢測(cè)方法，又稱為盲多用戶檢測(cè)器也得到深入研究。 迄今為止，人們獲 得的偽隨機(jī)序列仍主要是 PC（相控）序列，移位寄存器序列（ m和 M 序列）， Gold 序列， GMW 序列，級(jí)聯(lián) GMW 序列， Kasami 序列， Bent 序列，No序列 [15]。 其中 m 序列是最有名和最簡(jiǎn)單的 ,也是研究的最透徹的序列。 m 序列還是研究其它序列的基礎(chǔ)。它序列平衡，有最好的自相關(guān)特性，但互相關(guān)滿足一定條件的族序列數(shù)很少 (對(duì)于本原多項(xiàng)式的階數(shù)小于等于 13 的 m 序列，互為優(yōu)選對(duì)的序列數(shù)不多于 6)，且線性復(fù)雜度很小。 M 序列族序列數(shù)極其巨大（當(dāng)寄存器級(jí)數(shù)等于 6 時(shí)，有 226 個(gè)序列）。但其生成困難，且其互相關(guān)特性目前知之甚少，一般很少用。 Gold 序列互相關(guān)函數(shù)為 3 值，序列部分平衡，有良好的相關(guān)特性，族序列數(shù)相對(duì)較大，但它有致命的弱點(diǎn)，線性復(fù)雜度很低，僅是相同長度的 m序列的兩倍，這制約了 Gold 序列的廣泛應(yīng)用，特別在抗干擾及密碼學(xué)中的應(yīng)用。 GMW 序列具有序列平衡，線性復(fù)雜度大，自相關(guān)性能好（同 m 序列）等優(yōu)點(diǎn)。它是非線性序列，且數(shù)量比 m 序列多。 作為單個(gè)序列 ，GMW 序列 具有較大 優(yōu)勢(shì)，但滿足一定互相關(guān)條件的 序列數(shù)在 一族 GMW 序列 中不多 。一般不用于多址通信作地址碼。級(jí)聯(lián) GMW 序列平衡性和 相關(guān)性同于 GMW 序列， 在族數(shù) 上 比 GMW 序列多， 在 線性復(fù)雜度 上 比 GMW 序列大。 Kasami 序列分 為 小集Kasami 序列和大集 Kasami 序列。小集 Kasami 序列族序列數(shù) 很 大，且互相關(guān)值 能夠 達(dá)沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 到 welch 下界 ； 大集 Kasami 序列族序列數(shù) 雖然 非常大， 但其 互相關(guān)較小集 Kasami 序列為 差 。它們 的 序列是不平衡的，線性復(fù)雜度不大 (但比 m, Gold 序列稍大 )，這就是它們共同的弱點(diǎn) 。 在 80 年代初 ， Bent 序列 被 構(gòu)造出來， 它的優(yōu)點(diǎn)有 具有序列平衡，相關(guān)值達(dá) welch 下界，族序列數(shù)多 和 線性復(fù)雜度大 等 。它在整個(gè) 80 年代， 90 年代 被廣泛應(yīng)用 ，也是目前綜合性能最好的偽隨機(jī)序列。但 Bent 序列 仍然存在缺陷： 構(gòu)造較難，未有滿足一定要求的快速算法。 No 序列是 80 年代末構(gòu)造出來的一種新型偽隨機(jī)序列，線性復(fù)雜度很大 是 它的突出優(yōu)點(diǎn)，且相關(guān)值可達(dá) 到 welch 下界，族序列數(shù)多，但 存在序列不平衡的 缺陷 。 擴(kuò)頻碼發(fā)展歷史 由 1948 年之前的純粹理論研究階段、 1948 年到 1969 年的 m序列研究的黃金階段和 1969 年至今的非線性生成器的研究階段這三個(gè)階段組成了偽隨機(jī)序列的理論與應(yīng)用研究。在二十世紀(jì)四十年代末期純粹理論研究階段，由于偽隨機(jī)序列的有沒的數(shù)學(xué) 結(jié)構(gòu)致使學(xué)者們紛紛研究偽隨機(jī)序列的理論。在 1894 年最早開始研究， De Brui in 序列被作為一個(gè)組合問題而研究；在二十世紀(jì) 30 年代，人們把研究重心轉(zhuǎn)移到環(huán)上的線性地柜序列。直到 1948 年的 Shannon 信息論的誕生才得以改變這一狀態(tài)。在通信和密碼學(xué)等重要技術(shù)領(lǐng)域，偽隨機(jī)序列也被許多人運(yùn)用?！耙淮我幻堋笔菬o條件安全的這被Shannon 所證明，無條件保密的密碼體制要求進(jìn)行保密通信的密鑰量至少與明文量相同大小。所以在之后很長時(shí)間，研究者們一直把具有足夠長周期的偽隨機(jī)序列作為研究對(duì)象。二十世紀(jì)五十年代早期的熱點(diǎn) 研究問題轉(zhuǎn)移到怎樣產(chǎn)生這樣的序列。在這個(gè)時(shí)期研究最充足的是線性反饋移位寄存器（ LFSR）序列，這是由于周期為 2n1 的最大的長度序列是由一個(gè) n 級(jí) LFSR 產(chǎn)生的，而且 n 級(jí) LFSR 具有滿足 Golomb 隨機(jī)性假設(shè)的隨機(jī)特性，通常把它稱為 m 序列。這段時(shí)間的研究為 LFSR 序列的一些基本理論以及經(jīng)典結(jié)論奠定了一定基礎(chǔ)。但是，文章“移位寄存器綜合與 BCH 譯碼”在二十世紀(jì)七十年代被 Massey 發(fā)表，導(dǎo)致了序列研究方向的改變，從這以后在構(gòu)造非線性序列生成器 的階段介入了偽隨機(jī)序列的研究。由 BM 算法（ BerlekampMassey 算法）可知，如果 n 作為序列的線性復(fù)雜度，則使全部的序列的恢復(fù)就只需要 2n個(gè)連續(xù)比特。從這個(gè)結(jié)果可以知道，由于 m序列的線性度特別小，所以 m序列是一種“極差”的序列，所以流密碼系統(tǒng)的密鑰流序列不能直接用 m 序列做。從這里知道僅僅依靠 Golomb 的三個(gè)隨機(jī)性假設(shè)對(duì)序列進(jìn)行評(píng)測(cè)是不行的，還需要用到其它的一些指標(biāo)。從這以后一直沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 到今天，密碼學(xué)界的研究者們?yōu)榱苏业綐?gòu)造“好”的偽隨機(jī)序列的方法而一直努力奮斗。 仿真工具 Multisim簡(jiǎn)介 計(jì)算機(jī)仿真軟件 NI Multisim10 是美國國家儀器公司 (NI 公司 )推出的最新版本。Multisim本是加拿大圖像交互技術(shù)公司（ Interactive Image Technoligics 簡(jiǎn)稱 IIT公司 )推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，被美國 NI 公司收購后，更名為 NI Multisim ，而 是其（即 NI， National Instruments）最新推出的 Multisim 最新版本。目前美國NI 公司的 EWB 的包含有電路仿真設(shè)計(jì)的模塊 Multisim、 PCB 設(shè)計(jì)軟件 Ultiboard、布線引擎 Ultiroute 及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊 Commsim 4