【正文】 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 第六章 擴(kuò)頻通信技術(shù) 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ? 概述 ? 偽隨機(jī)碼和正交碼 ? 擴(kuò)頻通信原理 ? 抗多徑干擾和 RAKE接收機(jī) ? 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng) ? 偽碼的同步 ● 主要內(nèi)容 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 概述 擴(kuò)頻通信具有頻率分集和時(shí)間分集的特點(diǎn) ， 是第三代移動(dòng)通信無(wú)線傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù) 。 ?發(fā)展歷史： 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?1941年，由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 Gee Antheil提出的，基于對(duì)魚雷控制的安全無(wú)線通信的思路 ,不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒有引起美國(guó)軍方科學(xué)家的重視 概述 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?Hedy的專利提出的最重要概念是 ? 展布頻譜技術(shù) ? ， 最先指出了用頻率跳變的方式擴(kuò)大通訊容量并保密信息 。 正是這個(gè)思路帶引導(dǎo)了移動(dòng)數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展 。 ?1957年 ， 一家紐約的小公司重新繼續(xù)研發(fā)這個(gè)創(chuàng)意 ， 將其提供給美國(guó)軍方 ，才逐漸引起了軍方的重視 ， 戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通 信 ， 防止敵方對(duì)己方通訊的干擾 。 概述 ?80年代冷戰(zhàn)結(jié)束 ， 美國(guó)軍方解除了對(duì)展頻技術(shù)的管制 ， 允許其應(yīng)用于民用領(lǐng)域 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?1985年高通公司在加州成立 ， 研發(fā)出了 CDMA系統(tǒng) ， 基礎(chǔ)就是 ? 展頻 ? 和 ? 跳頻 ? 技術(shù) 概述 ?當(dāng)前主要的三大 3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： WCDMA、 CDMA2023 都源于高通公司對(duì) CDMA技術(shù)的開發(fā) 。 ?Hedy， CDMA之母：是第一個(gè)將現(xiàn)代 3G數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的核心思想帶到這個(gè)世界的人， 直到以 CDMA為基礎(chǔ)的 3G技術(shù)開始走入人們視野的 1997年， 科學(xué)界才想起了已經(jīng) 83歲高齡的 Hedy ， 電子前沿基金會(huì)授予了她早應(yīng)得到的榮譽(yù) 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?擴(kuò)頻通信的定義 ?擴(kuò)頻通信 ?用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬 ?頻帶的擴(kuò)展由擴(kuò)頻碼來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 其突出優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力和通信隱蔽性 。 由高通公司開發(fā)已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的 IS95系統(tǒng)是擴(kuò)頻系統(tǒng)商業(yè)化的光輝典范 。 ?以前調(diào)制方案的主要設(shè)計(jì)思想是最小化傳輸帶寬 ， 而擴(kuò)頻調(diào)制采用寬帶調(diào)制技術(shù) ， 以信道帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比的改善 。 概述 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)定理 ?香農(nóng)信息論中的香農(nóng)定理：對(duì)于連續(xù)信道 ， 信道帶寬為 B,且受到高斯白噪聲的干擾 ， 香農(nóng)公式為 sbitNSBC /)1(log 2 ??若噪聲單邊帶功率譜密度為 ， 則 0n BnN 0?sbitBn SB /)1(log02 ?? 概述 用頻帶換取信噪比是擴(kuò)頻通信的基本原理 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?當(dāng) S和 一定時(shí) ， 信道容量雖然 隨著 B的增大而增大 ， 然 C不會(huì)趨于無(wú)限大。 ??B0n0220 0 0220200l og ( 1 ) / l og ( 1 )1l im l og ( 1 ) l og l im l og xBnBS S SC B bit sn B n S n BxexSSCenn???? ? ? ? ?? ? ???利 用 關(guān) 系 式 :所 以 :這是用頻帶換取信噪比的 極限容量 概述 是否可以一味的犧牲帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比上性能的提高 ？ 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 ?擴(kuò)頻方法 ? 直接序列擴(kuò)頻（ Direct Sequence Spread Spectrum）簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（ DS）； ? 跳變頻率擴(kuò)頻（ Frequency Hopping），簡(jiǎn)稱跳頻 FH）； ? 跳變時(shí)間擴(kuò)頻（ Time Hopping），簡(jiǎn)稱跳時(shí)（ TH）； ? 寬帶線性調(diào)頻（ Chirp Modulation），簡(jiǎn)稱 Chirp。 概述 ?擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)： ? 信號(hào)的功率譜密度低 ，因此信號(hào)具有隱蔽性且功率污染小； ? 有利于數(shù)字加密、防止竊聽； ? 抗干擾性強(qiáng)，可在較低的信噪比條件下，保證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量； ? 抗衰落能力強(qiáng)； ? 能實(shí)現(xiàn)碼分多址復(fù)用（ CDMA）； 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 偽隨機(jī)碼與正交碼 偽碼： 偽隨機(jī)噪聲序列 (PN,Pseudonoise Sequence),是具有類似于隨機(jī)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的確定序列。 正交 Walsh碼： 一組二值的非正弦型的正交函數(shù) 。 地址碼的選擇直接影響 CDMA系統(tǒng)的性能，地址碼有 3個(gè)要求： （ 1）偽碼比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的要求； （ 2）偽碼應(yīng)具有尖銳的 自相關(guān)特性 ，正交編碼應(yīng)具有尖銳的 互相關(guān)特性 ； （ 3）偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì) 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 一、偽隨機(jī)序列（ PN序列） PN序列 具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但它不是真正隨機(jī)的，而是 按一定的規(guī)律周期性地變化 。 PN序列有多種，如 m序列， Gold序列 m序列 a) m序列的產(chǎn)生 最長(zhǎng) 線性 反饋 移位寄存器序列 （ m序列 ） ， 是由具有線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的 周期最長(zhǎng) 的一種序列 。 周期是 21nN ??n是移位寄存器的級(jí)數(shù) 偽隨機(jī)碼與正交碼 以長(zhǎng)度 (周期 )為 7的 m序列為例，產(chǎn)生電路邏輯框圖如下： 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 在時(shí)鐘脈沖作用下移存器狀態(tài)不斷變化 ， 假設(shè)初始狀態(tài)為a2=0, a1=0， a0=1， 其狀態(tài)變化圖表如圖所示 。 在第 7個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，移存器回到初始狀態(tài)，因此序列周期為 7，三級(jí)移存器產(chǎn)生的序列周期 不會(huì)超過(guò) 231 狀態(tài)變化圖 非全 0初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 全 0初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 偽隨機(jī)碼與正交碼 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 由 n級(jí)具有線性反饋移位寄存器組成的碼序列發(fā)生器如圖 反饋輸出 an與移存器狀態(tài) an1an2an3…a 0關(guān)系為 1 1 2 2 3 3 0n n n n nc a c a c a c a? ? ?? ? ? ? 偽隨機(jī)碼與正交碼 PN序列輸出 Ck=0表示反饋斷開， Ck=1表示反饋連接 移動(dòng)通信 電控學(xué)院 綜合樓 823 反饋邏輯可由 n階移位寄存器的特征多項(xiàng)式 f(x)描述， 20 1 2() nnf x c c x c x c x? ? ? ? ?通常反饋支路總是接入的， c0=1. ?不同特征多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)不同的序列。由 n級(jí)寄存器組成的線性反饋電路所產(chǎn)生的序列周期 (長(zhǎng)度 )不會(huì)超過(guò) 2n1, 其中周期等于 2n1的序列即為 m序列。 ? m序列反饋系數(shù) 不能是任意的 ， 產(chǎn)生 m序列的充分必要條件是其特征多項(xiàng)式是本原多項(xiàng)式。 注意： 偽隨機(jī)碼與正交碼 b) m序列的性質(zhì) (均衡性、游程特性、移位相加特性、自相關(guān)性、互相關(guān)性 ) ?(1)均衡性 在 m序列的一個(gè)完整周期 2n1內(nèi)， 1碼和 0碼數(shù)大致相同，