【正文】 因此得 p r sm m m??1 2 3, , , ,j j j j pa a a a? ? ? ?1 1 2 2 3 3 1pj j j p j p i j iia a a a a a a a a a? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?[ 0 ] [ 1 ]() i i j i i ja a a aRjp??? ? ? ? ?? 的 數(shù) 目 的 數(shù) 目南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 1() 1Rjp??? ???? 0 1 2 . . . . . . 1jjp?? ? ? ? ? （ ） m序列 的自相關(guān)函數(shù)只有兩種取值 (1 和 1/p)。 均衡性 m序列每一 周期中 1 的個(gè)數(shù)比 0 的個(gè)數(shù)多 1 個(gè)。當(dāng)移位寄存器的初始狀態(tài) 0)1(321 ????? ????? naaaa ?， 1??na 時(shí)， )(xG 就簡(jiǎn)化為： ( 3 . 8 ) )(1)( xfxG ? 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 F(X) = x5 + x6 F(X) = x1 + x6 (a) (b) 圖 互為倒序的最大長(zhǎng)度序列 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 如圖 所示的 3 階移位寄存器 31)( xxxf ??? ，初始狀 態(tài)為 001，其生成序列（最大長(zhǎng)度序列）是在模二相加器輸出看，正好是 11101001110100111?? ，那么，??????????? 11987421)(1)( xxxxxxxxfxG ，該序列是周期為 12 ?? nN 的最大長(zhǎng)度序列。而圖 生成的式（ ）的序列是最大長(zhǎng)度序列。當(dāng)?shù)诙€(gè) 脈沖時(shí)鐘作用時(shí)，重復(fù)上述過(guò)程。 1976 年 R. Gold 提出了新的一類序列： Gold 序列 ，它的自相關(guān)旁瓣值和互相關(guān)值與 m序列的互相關(guān)值一樣，序列數(shù)目大大增加，序列復(fù)雜度也略有改善，是又一重要的擴(kuò)頻序列。 FDMA是把系統(tǒng)中的寬頻帶分成若干個(gè)窄的子頻帶，每個(gè)子頻帶再分配給每個(gè)用戶，即在FDMA 系統(tǒng)中，所有的用戶同時(shí)發(fā)射各自占用一個(gè)窄 的 子頻帶； TDMA 是把每個(gè)頻分信道再分成若干時(shí)隙，把每個(gè)時(shí)隙分配各每個(gè)用戶。為使錯(cuò)誤概率不超過(guò)某個(gè)規(guī)定值，就應(yīng)提高信號(hào)碼元的能量，也就是要提高信號(hào)的功率，當(dāng)傳輸速率提高時(shí)，更需進(jìn)一步增加信號(hào)的功率。 擴(kuò)頻通信抗干擾能力 的 兩個(gè)重要的參數(shù)為處理增益和干擾門限。對(duì)于任意給定的信噪比，可以用增大傳輸帶寬來(lái)獲得較低的信息差錯(cuò)率。 在接收端用一個(gè)和發(fā)射端同步的偽隨機(jī)碼 ))(?,(* utucr ?? 所調(diào)制的本地信號(hào))](?)(?[( 02 utuj de ??? ??? 與接收到的 s(u,t) 進(jìn)行相關(guān)處理 。這時(shí)信號(hào)頻域和時(shí)域關(guān)系式為 ?????????????????dtstcxptfsFdsstcxpsFjtf jj)()()()()(2 1)( ??? () 式中變量 ?? js ?? 。這兩種基本方法在擴(kuò)頻通信中都是很容易實(shí)現(xiàn)的 ， 可以利用擴(kuò)頻碼序列之間的相關(guān)性，在接收端用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取和分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加合成 。信號(hào)既然被淹沒(méi)在噪聲里，敵方就很 難 發(fā)現(xiàn)有信號(hào)的存在，想進(jìn)一步檢測(cè)信號(hào)的參數(shù)就更困難了。 1 抗干擾性強(qiáng) 擴(kuò) 頻通信系統(tǒng)的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性能越強(qiáng)，從理論上講，擴(kuò)頻通信能把信號(hào)從噪聲淹沒(méi)中提取出來(lái)。 從式（ ）中可看出， 增加 信號(hào)帶寬可以降低對(duì)信噪比的要求，當(dāng)帶寬增加到一定程度，允許信噪比進(jìn)一步降低，有用信號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒(méi)在噪聲之下也是可能的。一般 來(lái)說(shuō) ，線性調(diào)頻在通信中 較少 應(yīng)用?？梢园烟鴷r(shí)理解為：用一定碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。而信號(hào)處理技術(shù)、大規(guī)模集成電路和技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了擴(kuò)頻通信理論、方法、技術(shù)等各方面的發(fā)展和應(yīng)用普及 。 90 年代初，在第一代模擬蜂窩通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了 PCS 研究的熱潮。結(jié)論放在第五章。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 7 擴(kuò)頻通信的原理 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 目 錄 前言 涉密論文按學(xué)校規(guī)定 處理。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 第一章 緒論 擴(kuò)頻通信的發(fā)展 擴(kuò)展頻譜（ Spread Spectrum）通信系統(tǒng) 是 將基帶信號(hào)的頻譜擴(kuò)展至很寬的頻帶上，然后再進(jìn)行傳輸?shù)囊环N系統(tǒng)，即將 待 傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用偽隨機(jī)碼調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，接收端則采用同樣的編碼進(jìn)行相關(guān) 解擴(kuò) 的處理 來(lái) 恢復(fù)原始的信息數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn) PCS 并考慮其長(zhǎng)期發(fā)展，需要 FCC(美國(guó)通信聯(lián)邦委員會(huì) )為其分配 100～ 200 MHz的帶寬，而與頻譜分配相關(guān)的一個(gè)重要技術(shù)因素就是多址技術(shù)?；鶐Ь幋a的相關(guān)信號(hào)處理變得容易實(shí)現(xiàn)和完善， 使得 擴(kuò)頻通信從軍用不斷向民用方面普及。 由于采用了窄很多的時(shí)片去發(fā)送信號(hào)，相對(duì)說(shuō)來(lái)，信號(hào)的頻譜也就展寬了。 擴(kuò)頻 方式 在上述幾種基本的擴(kuò)頻方式的基礎(chǔ)上，可以組合起來(lái)，構(gòu)成各種混合 擴(kuò)頻 方式。擴(kuò)頻通信就是用寬帶傳輸技術(shù)來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處，這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。 在接收端對(duì)干擾頻譜能量加以擴(kuò)散，對(duì)信號(hào)頻譜能量壓縮集中，因此 在輸出端就得到了信噪比的增益，這樣擴(kuò)頻通信 系統(tǒng) 可以 在 很小的信噪比情況下進(jìn)行通信，甚至可在信號(hào)比干擾信號(hào) 強(qiáng)度 低得多的條件下實(shí)現(xiàn)可靠的 通信。因此，擴(kuò)頻信號(hào)具有很低的被截獲概率，這在軍事通信上是十分有用的，可以進(jìn)行隱蔽通信。另外，在跳頻通信系統(tǒng)中，由于用多個(gè)頻率的信號(hào)傳送同一信息，實(shí)際上起到了頻率分集的作用。 在頻域中觀察和分析擴(kuò)展頻譜信號(hào)，將帶來(lái)一定的方便。相關(guān)處理是將兩個(gè)信號(hào)相乘，然后求其數(shù)學(xué)期望 (均值 )，或求兩個(gè)信號(hào)瞬間時(shí)值相乘的積分。擴(kuò)展頻譜技術(shù)正是 利用這一原理，用高速率的擴(kuò)頻碼來(lái)達(dá)到擴(kuò)展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。處理增 益是表明一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾能力的參數(shù)，在任何信息處理系統(tǒng)中，如果其輸入、輸出信噪比分別為 ( / )iSN 和 ( / )oSN ， 則處理增益定義為 ( / )( / )op iSNG SN?或 10 log( / )poG S N? 10log( / )iSN （ ） 對(duì)于不同的擴(kuò)頻方式還有更直觀的參數(shù)表示，處理增益也可以用較直觀的帶寬來(lái)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 表 示 ，即 pG =擴(kuò)頻頻譜后的帶寬 /擴(kuò)展頻譜前的帶寬 =擴(kuò)展頻譜帶寬 /信息帶寬 若 信息數(shù)據(jù) d(t)的碼元寬度為 T，截止頻率 df （ df =1/T），頻譜帶寬為1B ( 1 2 2 /dB f T??)，數(shù)據(jù)速率 dR ( 1/dRT? ),其功率譜密度 ()dSf主要分布在（ df ，df ）的頻帶內(nèi)；擴(kuò)頻碼序列的碼元寬度為 cT ,截止頻率 cf （ 1/ccfT? ） ,頻譜寬度為22( 2 2 / )ccB B f T??，編碼速率 ( 1/ )c c cR R T? ,其功率譜密度 ()cSf主要分布在（ cf ，cf ）的頻帶內(nèi)。若傳輸速率提高到使 T 與 max? 接近時(shí)，上述方法也難于實(shí)現(xiàn)了 。 CDMA 給每個(gè)用戶分配了一個(gè)偽隨機(jī)碼，該碼具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)能力，偽隨機(jī)碼的速率比用戶信號(hào)速率高得多。 在代數(shù)編碼中， m序列、 Gold 序列都是線性序列，已經(jīng)證明，它們的序列復(fù)雜度不高。在連續(xù)不斷的時(shí)鐘作用下，不斷進(jìn)行上述的移位相加過(guò)程，從寄存器 6 將輸出如下的序列： 100000 100001 100010 100111 101000 111001 001011 011101 100110 10101111（ ） 這個(gè)序列長(zhǎng) 63 位，到第 64 位又開(kāi)始重復(fù)。 （ 2）如果序列 ),(}{ 10 ?? kaaaa ? 、序列 ),(}{ 10 ?? kbbbb ? 是由階數(shù) n 的一個(gè)線性移位寄存器生成的兩個(gè)序列，那)2 }(mod{}{ ba ? 序列也是該線性移位寄存器生成的另一個(gè)序列。 對(duì)周期為 N=P（不管是否為最大長(zhǎng)度序列，即 P ≤ 12?n ）的序列 }{a ，有： ( 3 . 9 ) )(1 11332210 ????????? ppp xaxaxaxaaxf x ? 即（ px?1 ）能被 )(xf 整除。 由于 p=2n1 為奇數(shù)，因而在每一周期中 1 的個(gè)數(shù)為 (p+1)/2=2n1 為偶數(shù)，而 0 的個(gè)數(shù)為 (p1)/2=2n11 為奇數(shù)。 R(j)是一個(gè)周期函數(shù)， 其 中，k=1,2,?, p=(2n1)為周期。 另外由 m序列的均衡性可知， 在一個(gè)周期中 0 比 1 的個(gè)數(shù)少一個(gè)， 故得 AD=1(j為非零整數(shù)時(shí) )或 p(j 為零時(shí) )。 （ 3） 序列的（周期）自相關(guān)函數(shù)是二值的，有： 0 ( m o d N )( ) ( 3 . 1 2 ) 0 ( m o d N ) ( )x NjRj j N N????? ? ? ? ? ?? m 序列的特性和生成 m序列是線性反饋移位寄存器的最大長(zhǎng)度序列，它的生成可用移位寄存器序列發(fā)生器的特征多項(xiàng)式 )(xf 來(lái)確定，一個(gè)本原特征多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)一個(gè)最大長(zhǎng)度序列，也就是對(duì)應(yīng)一個(gè) m序列 。這里利用按時(shí)鐘移位 i次的表達(dá)方式： ix ，可把移位寄存器序列 }{a 用以下生成函數(shù)表示： ( 3 . 7 ) )(0???? kkk xaxG 那么 n階移位寄存器的初始狀態(tài)就為 1?a ， 2?a ， 3?a ， na?? 。如圖 所示，它可能生成 6 種序列，沒(méi)有一個(gè)是最大長(zhǎng)度序 列。這樣，輸出“ 1”，移位寄存器狀態(tài)由原來(lái)的 000001變?yōu)?100000。 m序列有尖銳的自相關(guān)特性，有較小的互相關(guān)值，碼元平衡 ， 但序列數(shù)目不多，序列復(fù)雜度不大。 按照這些參量的 分割，可以實(shí)現(xiàn)的多址方式有頻分多址（ FDMA）、時(shí)分多址（ TDMA）、碼分多址（ CDMA）、空分多址（ SDMA）、正交頻分多址（ OFDMA）等。此時(shí)有用信號(hào)能量減少了 ( )/aT T T? 倍，因而錯(cuò)誤接收的概率要增大。多數(shù)情況下，信道干擾不是平穩(wěn)的 AWGN,因此，在擴(kuò)頻系統(tǒng)中應(yīng)用了對(duì)于這種干擾具有很強(qiáng)抵抗能力的調(diào)制解調(diào)技術(shù) —— 擴(kuò)頻技術(shù)，研究 在 有噪聲干擾情況下的通信特性，即擴(kuò)頻通信抗干擾能力。 2log ( 1 / )C B S N?? （ ） 該公式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信噪比 S/N 下降時(shí)，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬B 的辦法來(lái)保持信道容量 C 不變。以上處理過(guò)程就達(dá)到了擴(kuò)展數(shù)字信息流頻譜的目的。有相當(dāng)一些 f(t)，其付氏變換并不存在，可以把付氏變換推廣為拉氏變換。后者是設(shè)法把不同路徑來(lái)的延時(shí)的信號(hào)在接收端從時(shí)間上對(duì)齊相加，合并成較強(qiáng)的有用信號(hào)，這就是采用梳狀濾波器的基本思路。 2 隱蔽性好 由于擴(kuò)頻信號(hào)在很寬的頻帶上被 擴(kuò)展 ，單位頻帶內(nèi)的功率很小，即信號(hào)的功率譜密度很低，所以應(yīng)用擴(kuò)頻碼序列擴(kuò)展頻譜的 直 序 擴(kuò)頻系統(tǒng)，可在信道噪聲和熱噪聲的背景下 以 很低的信號(hào)功率譜密度上通信。 圖 11 擴(kuò) 頻通信 原理圖 1． 5 擴(kuò)頻通信的主要特點(diǎn) 由于擴(kuò)頻通信大大擴(kuò)展了信號(hào)的頻譜，發(fā)送端用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制，在接收端利用相關(guān)解調(diào)技術(shù)恢復(fù)出信息數(shù)據(jù)，所以它具有一系列優(yōu)良的性能。 信道容量公式 根據(jù) 香 農(nóng) ()在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，即 ： （ ） 式中： C信息的傳輸速率 S有用信號(hào)功率 B頻帶寬度 N噪