【正文】 1 2 2 4 2 1 1 4 3 0 1 3 4 1 0 4 游程總數(shù) 8 合計(jì) 15 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 D1 D2 D3 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 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） D D D 輸入 11 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。 在 15 位碼中有 8個(gè) “l(fā)” 和 7 個(gè) “0” 。 在 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。 “l(fā)” 和 “0” 的游程數(shù)相等。 2. 一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)度為 l 的游程 (連續(xù)為 “0” 或連續(xù)為 “l(fā)”) 占 1／ 2，長(zhǎng)度為 2的游程占 l／ 4，長(zhǎng)度 3 的游程占 l／ 8。同理我 們 不難得到3 6 12 25 51 l023? 位的 m 序列?，F(xiàn)在已經(jīng)得到 3 100 級(jí) m 序列發(fā)生器的連接圖和所產(chǎn)生的 m序列的結(jié)構(gòu)。有的抽頭組合并不能產(chǎn)生最長(zhǎng)周期的序列。 鐘脈沖 D1 D2 D3 輸出 1110010 （ a） 三級(jí)移位寄存器構(gòu)成的 m序列發(fā)生器 10 表 32 111101011001000游程分布 這一簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明： m 序列的最大長(zhǎng)度決定于移位寄存器的級(jí)數(shù)，而碼的結(jié)構(gòu)決定于反饋抽頭的位置和數(shù)量。在時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，輸出序列作周期性的重復(fù)。如移位寄存器各級(jí)的初始狀態(tài)為 111 時(shí)，輸出序列為 1110010。在圖 (c)中示出，在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，三級(jí)移位寄存器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。模二加法器的作用為圖中 (b)所示的運(yùn)算，即0十 0＝ 0， 0 十 1＝ 1， 1十 0＝ l， l 十 1＝ 0。 圖中 Dl、 D D3 為三級(jí)移位寄存器，為模二加法器。 現(xiàn)在來(lái)看看如何由多級(jí)移位寄存器經(jīng)線性反饋產(chǎn)生周期性的 m序列 。 顧名思義， m 序列是由多級(jí)移位寄存器或其他延遲元件通過(guò)線性反饋產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。 容易產(chǎn)生、規(guī)律性強(qiáng) ，但其隨機(jī)性接近于噪聲和隨機(jī)序列。 m 序列 m 序列是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)為 0，則稱之為是正交的。兩個(gè)不同信號(hào)波形 f(t)與 g(t)之間的相似性用互相關(guān)函數(shù)來(lái)表示： ? ? ? ? ? ?/2/21l im Tc TT f t g t d tT? ? ??????? （ 32） 如果兩個(gè)信號(hào)都是完全隨機(jī)的，在任意延遲時(shí)間 t 都不相同，則 上式為 0。例如有許多用戶共用一個(gè)信道，要區(qū)分不同用戶的信號(hào)，就得靠相互之間的區(qū)別或不相似性來(lái)區(qū)分。由于這種碼序列具有周期性，又容易產(chǎn) 生，它就是下面即將介紹的 m序列，成為直擴(kuò)系統(tǒng)中常用的擴(kuò)頻碼序列。 當(dāng)碼長(zhǎng)取得很大時(shí)，它就越近似于圖 31(b)中所示的理想的隨機(jī)噪聲的自相關(guān)特性。 ? 0 為脈沖寬度。自相關(guān)峰值在 ? ＝ 0 時(shí)出現(xiàn)，自相關(guān)函數(shù)在 177。如果用＋ 1，－ 1脈沖分別表示 “l(fā)” 和 “0” ，則在圖 31 (c)中示出其波形和它相對(duì)延遲 ? 個(gè)時(shí)片的波形。 PN 碼就是一種具有近似隨機(jī)噪聲這種理想二值自相關(guān)特性的碼序列。因?yàn)槲覀儾荒墚a(chǎn)生兩個(gè)完全相同的隨機(jī)信號(hào)。相位完全對(duì)準(zhǔn)時(shí)有輸出，沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)時(shí)輸出為 0。這是一種理想的二值自相關(guān)特性。因而在以 t 為橫座標(biāo)的圖上 ??a t? 應(yīng)為在原點(diǎn)的一段垂直線。當(dāng) t＝ 0 時(shí)，兩個(gè)波形完全相同、重疊，積分平均為一常數(shù)。圖 31(a)為任一隨機(jī)噪聲的時(shí)間波形及其延遲 一段 t 后的波形。 因此， ??a??的大小可用來(lái)表征 f(t)與自身延遲后的 ? ?ft?? 的相關(guān)性，故稱為自相關(guān)函數(shù)。隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的定義為下列積分： ? ? ? ? ? ?/2 /2 0 , 01l im 0Ta TT f f t d tT ?? ? ? ? ???? ??? ? ? ? ??? 當(dāng)常 數(shù) ， （ 31） 式中 f(t)為信號(hào)的時(shí)間函數(shù)， ? 為時(shí)間延遲。用它們代表兩種信號(hào)，其差別性就最大 。這樣任意兩個(gè)信號(hào)不容易混淆，也就是說(shuō)，相互之間不易發(fā)生干擾，不會(huì)發(fā)生誤判。我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)來(lái)近似隨機(jī)噪聲的性能，故稱為偽隨機(jī)碼或 PN 碼。因?yàn)樵肼暰哂型耆碾S機(jī)性，也可以說(shuō)具有近似于噪聲的性能。 那么究竟選用什么樣的碼序列作為擴(kuò)頻碼序列呢 ? 它應(yīng)該具備哪些基本性能呢 ? 現(xiàn)在實(shí)際上用得最多的是偽隨機(jī)碼，或稱為偽噪聲 (PN)碼。這是指擴(kuò)頻碼序列的波形而言。 因此 采用目前技術(shù)成熟、性能優(yōu)越的 CDMA 系統(tǒng) 使得通信標(biāo)準(zhǔn)， 易于向第三代系統(tǒng)過(guò)渡 。近年來(lái) ,小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信和個(gè)人通信提供了條件 , CDMA 引入衛(wèi)星移動(dòng)通信中 ,使衛(wèi)星移動(dòng)通信產(chǎn)生質(zhì)的飛躍 ,并在全球移動(dòng)通信和個(gè)人通信中占有決定性的地位 。接收機(jī)接收到的干擾和噪聲，由于與本地偽隨機(jī)序列不相關(guān)，經(jīng)過(guò)接收解擴(kuò)（實(shí)質(zhì)是相乘過(guò)程），將干擾和噪聲頻譜大大的擴(kuò)展，頻譜功率密度大大的下降（類似于發(fā)送端將信號(hào)頻譜擴(kuò)展），落入窄帶濾波器的干擾和噪聲分量大大下降，因此在窄帶濾波器輸出端的信噪比得到了極大的改善，其改善程度就是擴(kuò)頻的處理增益。利用本地產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)的解擴(kuò)。 在發(fā)送端將待傳的的話音，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬話音成二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息，通過(guò)高速率的偽隨機(jī)擴(kuò)頻調(diào)制，從原理上講，兩者相乘，擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶，因而在在信道中傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始信號(hào)本身帶寬。 6 CDMA 通信技術(shù)的基本原理 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) CDMA 通信系統(tǒng)的組成如圖 22 所示 發(fā)送端將話音數(shù)據(jù)通過(guò)通過(guò)偽隨機(jī)碼進(jìn)行擴(kuò)頻，然后再進(jìn)行高頻調(diào)制，送到天線發(fā)射出去。因?yàn)槠漕l率在較寬的頻帶內(nèi)變化，信號(hào)的頻帶也被展寬了。即：用一定的碼序列進(jìn)行選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。 3. 跳時(shí)（ TH） 跳時(shí)（ TH： Time Hopping）是使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。 2. 跳頻 （ FH） 擴(kuò)頻 跳頻（ FH： Frequence Hopping），它是用一定的碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。 ： CDMA 采用寬帶技術(shù)，支持短消息、語(yǔ)音信箱、自動(dòng)漫游、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、三 方會(huì)談、主叫號(hào)碼顯示、傳真和數(shù)據(jù)通信等多項(xiàng)業(yè)務(wù) CDMA 通信技術(shù)的基本原理 CDMA 通信技術(shù)的基礎(chǔ) CDMA 系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。 ： CDMA 系統(tǒng)的發(fā)射功率非常小，最大只有 200 毫瓦，正常通話時(shí)僅需，因此移動(dòng)電話功耗小，無(wú)線輻射能量低。 ： CDMA 的擴(kuò)頻技術(shù)和頻率復(fù)用技術(shù)，充分利用信道容量，提高了網(wǎng)絡(luò)接通率。 ：用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同 CDMA 載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃靈活，擴(kuò)展簡(jiǎn)單。如果能控制住用戶的信號(hào)強(qiáng)度 , 在保持通話的質(zhì)量同時(shí)，我們就可以容納更多的用戶。如果他們使用不同的語(yǔ)言 , 他們就可以清楚地聽到同伴的聲音，而其他人的談話在他們聽來(lái)只是干擾。 CDMA 是一個(gè)自擾系統(tǒng)， 所有移動(dòng)用戶都占用同一個(gè)帶寬和頻率，傳輸信號(hào)之間就會(huì)有干擾。實(shí)際要比模擬網(wǎng)大 10倍，比 GSM 要大 45 倍。與運(yùn)行在 800MHz 的 CDMA 進(jìn)行比較，具有系統(tǒng)容量大、收費(fèi)低，適用于人口稠密地區(qū)等特點(diǎn)。 3. CDMAOne：流行于日本的一個(gè)品牌，是應(yīng)用 IS― 95 CDMA 技術(shù)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)。由高通公司創(chuàng)立，具有大容量、小蜂窩半徑、運(yùn)用寬波技術(shù)和特殊密碼主題的特點(diǎn)， 1993 年被電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)采用。 ．幾種常見的 CDMA 技術(shù)。由于 有不同的地址碼來(lái)區(qū)分用戶，所以對(duì)頻率、 時(shí)間和空間沒(méi)有特定的限制，在這些方面 通信是可以重疊的。它的地址 碼通過(guò)相互間的正交性進(jìn)行區(qū)別。 CDMA 系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分 多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信 系統(tǒng)。它是 20 世紀(jì) 60 年代由美國(guó)高通公司（ QUALCOMM）開發(fā)的移動(dòng)通信技術(shù)，最早用于軍事領(lǐng)域。它是基于 IS95 標(biāo)準(zhǔn)（雙模寬帶擴(kuò)譜蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)臺(tái) — 基站兼容標(biāo)準(zhǔn)）的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。 隨著科技的發(fā)展，擴(kuò)頻技術(shù)必將獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。 發(fā)展到現(xiàn)在，擴(kuò)頻技術(shù)理論和技術(shù)都已趨于完善，主要應(yīng)從系統(tǒng)的角度考慮總體性能，且與其它新技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。直擴(kuò)碼分多址 ，由于具備通信容量大、能充 分利用話音的統(tǒng)計(jì)特性、平滑的越區(qū)切換、通信容量的軟特性等優(yōu)點(diǎn) 被作為 未來(lái)移動(dòng)通信中最具競(jìng)爭(zhēng)力、 最有前景的 無(wú)線 多址接入技術(shù) 。 隨著移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展 ，目前 3G系統(tǒng)由研制開發(fā)逐步進(jìn)入商用并且向第四代無(wú)線多媒體通信飛速發(fā)展。 現(xiàn)在直擴(kuò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)等許多領(lǐng)域。在容許無(wú)線設(shè)備公開使用的電磁環(huán)境里，它對(duì)其他傳統(tǒng)微波設(shè)備造成最小的干擾，同時(shí)對(duì)附近其他設(shè)備有更高的抗擾性。直擴(kuò)系統(tǒng)隨著偽隨機(jī)碼字的加長(zhǎng)，要求的同步精度也就高，因而同步時(shí)間就長(zhǎng)。由于直擴(kuò)信號(hào)的頻譜密度很低，直擴(kuò)系統(tǒng)對(duì)其它系統(tǒng)的影響就很小。 6） 有很強(qiáng)的保密性能。 4） 抗多徑干擾 無(wú)線通信中抗多徑 （發(fā)射的信號(hào)經(jīng)多條不同路徑傳播） 干擾一直是難以解決的問(wèn)題，利用擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號(hào)中提取分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，也可把多個(gè)路徑來(lái)的同一碼序列的波形相加使之得到加強(qiáng)，從而達(dá)到有效的抗多徑干擾。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同的接收者發(fā)送數(shù)據(jù)； 同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信 ， 提高了頻譜 利用率。正是由于直擴(kuò)通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送，而信號(hào)接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼作相關(guān)解擴(kuò)才能得到，這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。 2） 隱蔽性好 因?yàn)樾盘?hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)展，單位帶寬上的功率很小，即信號(hào)功率譜密度很低，信號(hào)淹沒(méi)在白噪聲之中，別人難以發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在，加之不知擴(kuò)頻編碼，很難拾取有用信號(hào)，而極低的功率譜密度，也很少對(duì)于其他電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。因信號(hào)接收需要擴(kuò)頻編碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)處理才能得到，所以即使以同類型信號(hào)進(jìn)行干擾，在不知道信號(hào)的擴(kuò)頻碼的情況下，由于不同擴(kuò)頻編碼之間的不 同的相關(guān)性，干擾也不起作用。 與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 信息 信息 擴(kuò) 頻 射頻調(diào)制 射頻發(fā)生器 偽 碼 擴(kuò)頻解調(diào) 本地偽碼 解調(diào) 本地射頻 發(fā)生器 圖 11 擴(kuò)頻通信工作原理 2 由此可見， — 般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行兩次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。 調(diào)制多采用 BPSK、 DPSK、 MPSK 等調(diào)制方式。 在發(fā)端輸入的數(shù)字信號(hào)信息，先由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，擴(kuò)頻碼序列一般采用 PN 碼。擴(kuò)頻技術(shù)也為提高無(wú)線電頻率的利用率 (無(wú)線電頻譜是有限的因此也是一種昂貴的資源 )提供幫助。不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方的重視，直到十九世紀(jì)八十年代才引起關(guān)注，將它用于敵對(duì)環(huán)境中的無(wú)線通信系統(tǒng)。有關(guān)擴(kuò)頻通信技術(shù)的觀點(diǎn)是在 1941 年由好萊塢女演員 Hedy Lamarr 和鋼琴 家 Gee Antheil 提出的。這種技術(shù)使敵人很難探測(cè)到信號(hào)。 這種 技術(shù) 是 將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼（ PN 碼）擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上去，在接收端，用與發(fā)端擴(kuò)展用的相同的偽隨機(jī)碼對(duì)接收到的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，恢復(fù)出發(fā)送的信息。 II 目 錄 【摘要】 .......................................................................I 【 ABSTRACT】 .................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 I 【摘要】 直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) （ DSCDMA） 因其抗干擾性強(qiáng)、 隱蔽性好、易于實(shí)現(xiàn)碼分多址（ CDMA）、抗多徑干擾、直擴(kuò)通信速率高等眾多優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域中 。 針對(duì)頻通信廣泛的應(yīng)用 ， 本文用 MATLAB 工具箱中的SIMULINK通信 仿真模塊和 MATLAB函數(shù)對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 進(jìn)行了分析和仿真 ，使其更加形象和具體。 .........................................................................1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用背景 ..................................................................................................................................... 1 直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn) ......................