【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 m 序列中一個(gè)周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多 l 位。例如上述 7 位碼中有 4 個(gè)1 1 10 1 10 0 11 0 00 1 01 0 11 1 0D1 D2 D301100 01 00 11 1輸出輸入圖 32 周期性 m 序列的產(chǎn)生（b）模二加法器的運(yùn)算 （c）DDD輸入中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文11表 32　111101011001000 游程分布“1”和 3 個(gè)“0”。在 15 位碼中有 8 個(gè)“l(fā)”和 7 個(gè)“0”。在表 32 中列出長(zhǎng)為 15 位的游程分布。一般說(shuō)來(lái)，m 序列中長(zhǎng)為 R 的游程數(shù)占游程總數(shù)的 l／2k?！　 序列的自相關(guān)函數(shù)由下式計(jì)算： A“0”的位數(shù)；D“1”的位數(shù) （3??ADR????，3）令 p =A + D = 2n －1 則： （3??, 0,RP?????????????4）設(shè) n = 3, p = 23 － 1 ＝ 7， 則： （3??, 0R?????????????5）它正是圖 31 (d)中所示的二值自相關(guān)函數(shù)。 m 序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列還是 m 序列，只是相移不同而已。例如 1110100 與向右移三位后的序列 1001110 逐位模二相加后的序列為 0111010，相當(dāng)于原序列向右移一位后的序列，仍是 m 序列。 m 序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全 0 狀態(tài)外，其他狀態(tài)只在 m 序列中出現(xiàn)一次。如 7 位 m 序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為 111，110 ，101，010，100，00l 和 011，然后再回到初始狀態(tài) 111。 m 序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生 m 序列。理論分析指出，產(chǎn)生的 m 序列數(shù)由下式?jīng)Q定 （3??21/Fn?游程長(zhǎng)度（比特）“1”的游程數(shù)“0”的游程數(shù) 所包含的比特?cái)?shù)1 2 2 42 1 1 43 0 1 34 1 0 4游程總數(shù) 8 合計(jì) 15中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文126）其中由 F(X)為歐拉數(shù)(即包括 1 在內(nèi)的小于 X 并與它互質(zhì)的正整數(shù)的個(gè)數(shù))。例如 5 級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的 31 位 m 序列只有 6 個(gè)。　 GoId 碼序列　 m 序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長(zhǎng)度的 m 序列個(gè)數(shù)不多，且序列之間的互相關(guān)值并不都好。RGold 提出了一種基于 m 序列的碼序列,稱為 Gold 碼序列。這種序列有較優(yōu)良的自相關(guān)和互相關(guān)特性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的序列數(shù)多，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。如有兩個(gè) m 序列，它們的互相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值有界，且滿足以下條件： （3????12,nR???????為 奇 數(shù)， 為 偶 數(shù) 不 是 4的 倍 數(shù)7）我們稱這一對(duì) m 序列為優(yōu)選對(duì)。它們的互相關(guān)函數(shù)如圖 33(實(shí)線)，由小于某一極大值的旁瓣構(gòu)成?！?互相關(guān)31 位自相關(guān)圖 33 自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)曲線如果把兩個(gè) m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的優(yōu)選對(duì)序列模二相加，則產(chǎn)生一個(gè)新的碼序列，即Gold 序列。圖 3－4(a)中示出 Gold 碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖。圖中碼發(fā)生器 1 和碼發(fā)生器 2 為 m 序列優(yōu)選對(duì)。每改變兩個(gè) m 序列相對(duì)位移就可得到一個(gè)新的 Gold 序列。因?yàn)榭偣灿?個(gè)1n?不同的相對(duì)位移，加上兩個(gè) n 級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生 個(gè) Gold 序列。因此，Gold 序列2n?數(shù)比 m 序列數(shù)多得多。例如 n=5，m 序列只有 6 個(gè)，而 Gold 序列數(shù)為 。523??鐘源碼發(fā)生器 1（a）Gold 碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖碼 3（碼 1 碼 2?）碼發(fā)生器 2中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文13（b）兩個(gè) 5 級(jí) m 序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的 Gold 碼發(fā)生器1 2 3 4 55 4 321圖 34 Gold 碼發(fā)生器的的原理結(jié)構(gòu)圖圖 3－4(b)中為兩個(gè) 5 級(jí) m 序列優(yōu)選對(duì)構(gòu)成的 Gold 碼發(fā)生器。這兩個(gè) m 序列雖然碼長(zhǎng)相同，但相加以后并不是 m 序列，也不具備 m 序列的性質(zhì)。Gold 序列的主要性質(zhì)有以下幾點(diǎn)：　Gold 序列具有三值自相關(guān)特性，類似圖 33 中的自相關(guān)與互相關(guān)特性。其旁辯的極大值滿足上式表示的優(yōu)選對(duì)的條件。兩個(gè) m 序列優(yōu)選對(duì)不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是 Gold 序列。因?yàn)榭偣灿?2n－1 個(gè)不同的相對(duì)位移，加上原來(lái)的兩個(gè) m 序列本身，所以，兩個(gè) m 級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生 2n＋1個(gè) Gold 序列。采用 Gold 碼族作為地址碼，其地址數(shù)大大超過(guò)了用 m 序列做地址碼的數(shù)量，所以 Gold碼序列在多址技術(shù)中，特別是在碼序列長(zhǎng)度較短的情況下，得到了廣泛的應(yīng)用。中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文144． 直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù) 直接序列擴(kuò)頻的概念及理論基礎(chǔ) 直接序列擴(kuò)頻的概念所謂直接序列(DS：Direct Sequence)擴(kuò)頻，就是直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)長(zhǎng)期以來(lái)，人們總是想方設(shè)法使信號(hào)所占的頻譜盡量窄，以充分提高十分寶貴的頻率資源利用率。但擴(kuò)頻通信在發(fā)送端用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的帶寬，在接收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)出所傳信息數(shù)據(jù)。為什么要用寬頻帶信號(hào)來(lái)傳輸窄帶信息呢？主要是為了通信的安全可靠性。這可用信息論和抗干擾理論的基本觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明：　 根據(jù)香農(nóng)()在信息論研究中總結(jié)出的信道容量公式，香農(nóng)公式：　 （42log(1)SCBN??1）式中：C信息的傳輸速率（信道容量） 單位 b/s； S信號(hào)平均功率單位 W； B頻帶寬度 單位 Hz； N噪聲平均功率 單位 W。由式中可以看出：為了提高信息的傳輸速率 C，可以從兩種途徑實(shí)現(xiàn)，既加大帶寬 B 或提高信噪比 S/N。換句話說(shuō)，當(dāng)信號(hào)的傳輸速率 C 一定時(shí)，信號(hào)帶寬 B 和信噪比 S/N 是可以互換的，即增加信號(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，有用信中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文15號(hào)功率接近噪聲功率甚至淹沒在噪聲之下也是可能的。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?？陆轄柲峥煞蛟谄錆撛诳垢蓴_性理論中得到如下關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式 （42）0efEpn???????此公式指出，差錯(cuò)概率 Pe 是信號(hào)能量 E 與噪聲功率譜密度 之比的函數(shù)。設(shè)信息持續(xù)on時(shí)間為 T，或數(shù)字信息的碼元寬度為 T，則信息的帶寬 Bm 為 （43）1mB?信號(hào)功率 S 為 （4T4）已調(diào)（或已擴(kuò)頻）信號(hào)的寬度為 B，則噪聲功率為 （45）0NnB?將式（43）~（45）代入式（42），可得 （46）e mSTSBPffN???????????????上面公式指出，差錯(cuò)概率 Pe 是輸入信號(hào)與噪聲功率之比（S/N）和信號(hào)帶寬與信息帶寬之比（B/Bm）二者乘積的函數(shù)，信噪比與帶寬是可以互換的。它同樣指出了用增加帶寬的方法可以換取信噪比上的好處。綜上所述：將信息帶寬擴(kuò)展 100 倍，甚至用 1000 倍以上的帶寬信號(hào)來(lái)傳輸信息，就是為了提高通信的抗干擾能力，即在強(qiáng)干擾條件下保證可靠安全的通信。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。 擴(kuò)頻增益和抗干擾容限擴(kuò)頻通信系統(tǒng)由于在發(fā)送端擴(kuò)展了信號(hào)頻譜，在接收端解擴(kuò)還原了信息，這樣的系統(tǒng)帶來(lái)的好處是大大提高了抗干擾容限。理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展后的擴(kuò)頻信號(hào)帶寬比例有關(guān)。一般把擴(kuò)頻信號(hào)帶寬 W 與信息帶寬△F 之比稱為處理增益，即PG (47)PWF?=它表明了擴(kuò)頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。除此之外，擴(kuò)頻系統(tǒng)的其他一些性能也大都與有關(guān)。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。P系統(tǒng)的抗干擾容限 定義如下：jM中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文16 (48)0jPSMGLN???????????????式中：（S/N）。= 輸出端的信噪比， = 系統(tǒng)損耗S由此可見，抗干擾容限 與擴(kuò)頻處理增益 成正比，擴(kuò)頻處理增益提高后，抗干擾容jMpG限大大提高，甚至信號(hào)在一定的噪聲湮沒下也能正常通信。通常的擴(kuò)頻設(shè)備總是將用戶信息(待傳輸信息)的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十倍、上百倍甚至千倍，以盡可能地提高處理增益。 直接序列擴(kuò)頻的基本原理所謂直接序列擴(kuò)頻（DS），就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。圖41 示出了直擴(kuò)通信系統(tǒng)的原理方框圖圖 41 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的組成框圖信息信碼 m(t) BPSK 調(diào)制載波PN 碼擴(kuò)頻解調(diào)本地 PN 碼BPSK 解調(diào)本地載波中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文1700?????????（3） ????ctmpt??0????????（4）載波0 1 11 1 1 10101 （1）信碼m（t）（2）偽碼 p（t）（5）PSK 已調(diào)波 ??1st（7） 相位??2st（6） 相位1（9）解調(diào)輸出（8）中頻調(diào)相圖 42 直擴(kuò)通信系統(tǒng)的主要相位或波形在發(fā)送端輸入信息碼元 m（t），它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，圖中為 0、1 兩個(gè)碼元，其碼元寬度為 。加入擴(kuò)頻解調(diào)器，圖中為模 2 加法器，擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼（PN 碼），記作bTp（t ）。偽碼的波形如圖 42 中的第（2）個(gè)波形，其碼元寬度為 ，且取 =16 。通常pTbpT在 DS 系統(tǒng)中，偽碼的速率 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率 ，即 ，也就是pRmR????ctt??R=m說(shuō)，偽碼的寬度 pT遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度 bT，即 ，這樣才能展寬頻譜。模 2 加法器的p=b運(yùn)算規(guī)則可用下式表示 （4—??????ctmtt??9）當(dāng) m（t）與 p（t）符號(hào)相同時(shí)，c（t）為 0；而當(dāng) m（t ）與 p（t）不同時(shí)，則為1。c（t）的波形如圖 42 所示中的第（3）個(gè)波形。由圖可見，當(dāng)信碼 m（t）為 0 時(shí)，c（t ）與 p（ t）相同；而當(dāng)信碼 m（t）為 1 時(shí)，則 c（t ）為 p（t）取反既是。顯然，包含信中北大學(xué)分校學(xué)士學(xué)位論文18碼的 c（t）其碼元寬度已變成了 ，即已進(jìn)行了頻譜擴(kuò)展。其擴(kuò)展處理增益也可用下式表pT示 （4—10lgbppG?10）在 一定的情況下，若偽碼速率越高，即偽碼寬度（碼片寬度） 越窄，則擴(kuò)頻處理bT pT增益越大。 經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻，還要載頻調(diào)制，以便信號(hào)在信道上有效的傳輸。圖中采用二相相移鍵控方式。調(diào)相器可由環(huán)行調(diào)制器完成，即將 c（t）與載頻 相乘，輸出為 。即1cosAt???1st （4—??1 1osstctA??11）式中， （4—??101ct????????當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼當(dāng) 二 進(jìn) 制 序 列 為 碼12）因此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻和相位調(diào)制后的信號(hào) 為??1st （4—??111cocossAstAttt?????????13）由上面討論可知，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制信號(hào) c（t）可看作只取 1 的二進(jìn)制波形，然后對(duì)載頻?進(jìn)行調(diào)制，這里是采用調(diào)相（BPSK）。所謂調(diào)制，就是指相乘過(guò)程，可采用相乘器，環(huán)行調(diào)制器（或平衡調(diào)制器），最后得到的是抑制載波雙邊帶振幅調(diào)制信號(hào)。這里假定平衡調(diào)制器是理想對(duì)稱，碼序列取+1 、 1 的概率相同，即調(diào)制信號(hào)無(wú)直流分量，這樣平衡調(diào)制器輸?出的已調(diào)波中，無(wú)載波分量。 通過(guò)發(fā)射機(jī)中推動(dòng)級(jí)、功放和輸出電路加至天線發(fā)射出??st去。通常載波頻率較高，或者說(shuō)載波周期 較小，它遠(yuǎn)小于偽碼的周期 ，即滿足 =。cTpTcpT但圖 42 中（ 4）示出的載波波形