【正文】 移動通信 電控學院 綜合樓 823 第六章 擴頻通信技術 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ? 概述 ? 偽隨機碼和正交碼 ? 擴頻通信原理 ? 抗多徑干擾和 RAKE接收機 ? 跳頻擴頻通信系統(tǒng) ? 偽碼的同步 ● 主要內(nèi)容 移動通信 電控學院 綜合樓 823 概述 擴頻通信具有頻率分集和時間分集的特點 ， 是第三代移動通信無線傳輸?shù)闹髁骷夹g 。 ?發(fā)展歷史： 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?1941年，由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴家 Gee Antheil提出的，基于對魚雷控制的安全無線通信的思路 ,不幸的是，當時該技術并沒有引起美國軍方科學家的重視 概述 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?Hedy的專利提出的最重要概念是 ? 展布頻譜技術 ? ， 最先指出了用頻率跳變的方式擴大通訊容量并保密信息 。 正是這個思路帶引導了移動數(shù)字通信技術的發(fā)展 。 ?1957年 ， 一家紐約的小公司重新繼續(xù)研發(fā)這個創(chuàng)意 ， 將其提供給美國軍方 ，才逐漸引起了軍方的重視 ， 戰(zhàn)爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通 信 ， 防止敵方對己方通訊的干擾 。 概述 ?80年代冷戰(zhàn)結束 ， 美國軍方解除了對展頻技術的管制 ， 允許其應用于民用領域 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?1985年高通公司在加州成立 ， 研發(fā)出了 CDMA系統(tǒng) ， 基礎就是 ? 展頻 ? 和 ? 跳頻 ? 技術 概述 ?當前主要的三大 3G技術標準： WCDMA、 CDMA2023 都源于高通公司對 CDMA技術的開發(fā) 。 ?Hedy， CDMA之母：是第一個將現(xiàn)代 3G數(shù)字移動通信技術的核心思想帶到這個世界的人， 直到以 CDMA為基礎的 3G技術開始走入人們視野的 1997年， 科學界才想起了已經(jīng) 83歲高齡的 Hedy ， 電子前沿基金會授予了她早應得到的榮譽 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?擴頻通信的定義 ?擴頻通信 ?用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大于信息本身的帶寬 ?頻帶的擴展由擴頻碼來實現(xiàn) ， 其突出優(yōu)點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)運營的 IS95系統(tǒng)是擴頻系統(tǒng)商業(yè)化的光輝典范 。 ?以前調(diào)制方案的主要設計思想是最小化傳輸帶寬 ， 而擴頻調(diào)制采用寬帶調(diào)制技術 ， 以信道帶寬來換取信噪比的改善 。 概述 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?擴頻通信技術的理論基礎是香農(nóng)定理 ?香農(nóng)信息論中的香農(nóng)定理：對于連續(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頻通信的基本原理 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?當 S和 一定時 ， 信道容量雖然 隨著 B的增大而增大 ， 然 C不會趨于無限大。 ??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 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換取信噪比上性能的提高 ？ 移動通信 電控學院 綜合樓 823 ?擴頻方法 ? 直接序列擴頻（ Direct Sequence Spread Spectrum）簡稱直擴（ DS）； ? 跳變頻率擴頻（ Frequency Hopping），簡稱跳頻 FH）； ? 跳變時間擴頻（ Time Hopping），簡稱跳時（ TH）； ? 寬帶線性調(diào)頻（ Chirp Modulation），簡稱 Chirp。 概述 ?擴頻系統(tǒng)有以下一些特點： ? 信號的功率譜密度低 ，因此信號具有隱蔽性且功率污染??； ? 有利于數(shù)字加密、防止竊聽； ? 抗干擾性強，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； ? 能實現(xiàn)碼分多址復用（ CDMA）； 移動通信 電控學院 綜合樓 823 偽隨機碼與正交碼 偽碼： 偽隨機噪聲序列 (PN,Pseudonoise Sequence),是具有類似于隨機噪聲統(tǒng)計特性的確定序列。 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個要求： （ 1）偽碼比特率應能滿足擴展帶寬的要求； （ 2）偽碼應具有尖銳的 自相關特性 ，正交編碼應具有尖銳的 互相關特性 ； （ 3）偽碼應具有近似噪聲的頻譜性質(zhì) 移動通信 電控學院 綜合樓 823 一、偽隨機序列（ PN序列） PN序列 具有類似隨機噪聲的一些統(tǒng)計特性，但它不是真正隨機的，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 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 的一種序列 。 周期是 21nN ??n是移位寄存器的級數(shù) 偽隨機碼與正交碼 以長度 (周期 )為 7的 m序列為例，產(chǎn)生電路邏輯框圖如下： 移動通信 電控學院 綜合樓 823 在時鐘脈沖作用下移存器狀態(tài)不斷變化 ， 假設初始狀態(tài)為a2=0, a1=0， a0=1， 其狀態(tài)變化圖表如圖所示 。 在第 7個時鐘脈沖時，移存器回到初始狀態(tài)，因此序列周期為 7，三級移存器產(chǎn)生的序列周期 不會超過 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 偽隨機碼與正交碼 移動通信 電控學院 綜合樓 823 由 n級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關系為 1 1 2 2 3 3 0n n n n nc a c a c a c a? ? ?? ? ? ? 偽隨機碼與正交碼 PN序列輸出 Ck=0表示反饋斷開， Ck=1表示反饋連接 移動通信 電控學院 綜合樓 823 反饋邏輯可由 n階移位寄存器的特征多項式 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. ?不同特征多項式對應不同的序列。由 n級寄存器組成的線性反饋電路所產(chǎn)生的序列周期 (長度 )不會超過 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式是本原多項式。 注意： 偽隨機碼與正交碼 b) m序列的性質(zhì) (均衡性、游程特性、移位相加特性、自相關性、互相關性 ) ?(1)均衡性 在 m序列的一個完整周期 2n1內(nèi)， 1碼和 0碼數(shù)大致相同，