畢業(yè)設(shè)計（論文）基于第三代移動通信中的M序列的研究

1、基于第三代移動通信中的m序列的研究摘 要：隨著社會的發(fā)展，人們期望能不受時空限制、及時可靠地進行信息交流，移動通信系統(tǒng)為人們更有效地利用時間提供了可能。由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)和多媒體通信發(fā)展迅猛，所以第三代移動通信的目標(biāo)是寬帶通信，也就是擴頻通信。本文就是基于第三代移動通信中的m序列的研究，通過對m序列的產(chǎn)生和形成的原理以及對通信系統(tǒng)的影響，來了解m序列在第三代移動通信中的作用。關(guān)鍵字：移動通信；擴頻通信； m序列abstract: with the development of society, people can not expect time and space constraints,

2、 timely and reliable information exchange, mobile communication system for people to make more effective use of time may be provided. since the development of networks, data and multimedia communication is developing rapidly, so the third generation mobile communication is the goal of broadband comm

3、unications, which is spread spectrum communication. this article is based on third generation mobile communications in the m series of studies, through a sequence of the m and the formation of the principle and the impact of the communications system, to understand m sequence in the third generation

4、 mobile communication in the role. keyword: mobile communications; spread spectrum communication; m series目 錄第一章緒論31.1 引言31.2擴頻通信與擴頻序列41.3國內(nèi)外研究動態(tài)61.4 第三代移動通信的技術(shù)與發(fā)展81.4.1第三代移動通信系統(tǒng)的組成91.4.2第三代移動通信的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)9第二章 直接序列擴頻通信系統(tǒng)122.1擴頻通信系統(tǒng)122.1.1理論基礎(chǔ)122.2直接序列擴頻通信系統(tǒng)162.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)172.2.2信號分析182.2.3處理增益和干擾容限202.3直接序列

5、擴頻通信系統(tǒng)的偽隨機序列212.3.1 m序列212.3.2 gold序列252.4本章小結(jié)26第三章m序列性質(zhì)的分析與研究273.2 m序列的性質(zhì)293.2.1 m序列的定義293.2.2 m序列的自相關(guān)特性303.2.3 m序列優(yōu)選對303.3產(chǎn)生m序列的方法312.3.1尋求本原多項式的方法313.3.2 m序列個數(shù)353.3.3由硬件產(chǎn)生m序列353.3.4由matlab軟件仿真m序列37第四章m序列設(shè)計方案384.1 m序列設(shè)計的常規(guī)方法384.2 m序列的性質(zhì)40第五章 通信系統(tǒng)中的干擾與抗干擾445.1通信系統(tǒng)中的干擾445.2通信系統(tǒng)中的抗干擾46總 結(jié)50參考文獻51致 謝5

6、3第一章 緒論1.1 引言當(dāng)前移動通信的發(fā)展正處于一個關(guān)鍵時期，新的業(yè)務(wù)和技術(shù)正不斷涌現(xiàn)，客戶的需求也在不斷增長。同時，因特網(wǎng)迅速發(fā)展成為真正的超級信息高速公路。無線業(yè)務(wù)也在激增，很多企業(yè)開始利用數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和電信為客戶服務(wù)。同時，電信，視頻電話，語音信箱，無線尋呼，蜂窩電話，便攜式計算機使得專業(yè)人士可以隨時隨地進行工作。移動和個人通信是新世紀(jì)創(chuàng)新和發(fā)展的重要驅(qū)動力。目前，移動通信發(fā)展已經(jīng)過了兩代，第一代是模擬蜂窩移動通信網(wǎng)，時間跨度是上世紀(jì)70年代中期至80年代中期。其主要特點是采用頻分復(fù)用(fdma)模擬制式，語音信號為模擬調(diào)制。其典型代表為美國的maps系統(tǒng)(先進移動電話系統(tǒng))和改進型系統(tǒng)t

7、acs(總接入通信系統(tǒng))等。第二代是以gms和is一95為代表的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)，從上世紀(jì)80年代中期開始，至今仍在高速發(fā)展中。模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但其頻譜利用率低，業(yè)務(wù)種類受限，通話易被竊聽，難以滿足移動通信的發(fā)展。到了80年代中期，歐洲推出了泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng)(gsm)的體系。隨后，美國和日本也制定了各自的數(shù)字移動通信體制。第二代移動通信系統(tǒng)以傳輸話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的，又稱為窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)，其典型代表是美國的damps系統(tǒng)、is一95和歐洲的gsm系統(tǒng)。由于第二代移動通信是以傳輸話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為目的。從19%年開始，為解決中速數(shù)據(jù)傳輸問題，又出現(xiàn)了2.5代的移動通信

8、系統(tǒng)，如gprs和is一95b。由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)和多媒體通信發(fā)展迅猛，所以第三代移動通信的目標(biāo)是寬帶通信，也就是擴頻通信.目前第三代移動通信系統(tǒng)主要有代d以、dcmaz000和td一sdcm三種技術(shù)體制。wcdma一寬帶碼分多址，采用了碼分多址技術(shù)和擴頻技術(shù)，技術(shù)體制的核心網(wǎng)是基于gsm/gprs網(wǎng)絡(luò)的演進，保持與gsm/gprs網(wǎng)絡(luò)的兼容性。信號帶寬smhz，碼片速率3.84mpcs，調(diào)制采用上行bpks和下行qpsk調(diào)制方式。cmda200o技術(shù)體制是基于is一95標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出的第三代移動通信系統(tǒng)(3g)標(biāo)準(zhǔn)。信號帶寬為nx1.25mhz(n=1，3，6，9，12)，碼片速率為nx1

9、.2288meps。調(diào)制也采用上行即sk和下行qpsk調(diào)制方式。td一scmda標(biāo)準(zhǔn)是由中國無線通信標(biāo)準(zhǔn)組織cwts提出，目前己經(jīng)融合到3g即關(guān)于cwdma一tdd的相關(guān)規(guī)范中。td一scmda采用的關(guān)鍵技術(shù)有智能天線十聯(lián)合檢測、多時隙dcma十ds一cdma、同步dcma、信道編譯碼和交織、接力切換等。由此可見第三代移動通信系統(tǒng)的三種技術(shù)體制無一例外的均采用了擴頻通信技術(shù)。表1.1第三代移動通信的三種主要技術(shù)體制擴頻通信技術(shù)從40年代末期開始發(fā)展以來，從軍事領(lǐng)域發(fā)展到商用民用，以其獨有的技術(shù)優(yōu)勢，一直保持著強大的生命力。尤其是第三代移動通信的三大標(biāo)準(zhǔn)均采用了擴頻通信技術(shù)，所以，擴頻通信技術(shù)在

10、未來的移動通信領(lǐng)域必將發(fā)揮更加重要的作用。而在擴頻通信技術(shù)的研究中，偽隨機序列的研究又是其重要組成部分。1.2擴頻通信與擴頻序列擴展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶信號，送入信道中傳輸，接收時再利用相應(yīng)手段將其壓縮，從而獲取傳輸信息的通信系統(tǒng)，也就是說在傳輸同樣信息時所需的射頻帶寬，遠比我們已熟知的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬得多。擴頻帶寬至少是信息帶寬的幾十倍甚至幾萬倍。信息已不再是決定調(diào)制信號帶寬的重要因素，其調(diào)制信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)來決定。擴頻通信是一種應(yīng)用廣泛的通信手段，它具有抗干擾能力強、安全性高、抗衰落及抗多徑性能好等優(yōu)點.擴頻系統(tǒng)的基本原理由

11、如圖1.1所示 圖1.1擴頻通信系統(tǒng)原理圖 在發(fā)射端輸入的信息，先經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號，然后由擴頻發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以擴展信號的頻譜，擴展以后的信號調(diào)制到射頻發(fā)射出去。在收端接收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)射端相同的擴頻碼序列去解擴。最后經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。由此可見，一般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。在發(fā)射端，第一次為信息調(diào)制，第二次為擴頻調(diào)制，第三次為射頻調(diào)制，在接收端相應(yīng)的為信息解調(diào)，解擴和射頻解調(diào)?，F(xiàn)有的擴頻通信系統(tǒng)可以分為:直接序列擴頻通信系統(tǒng)(ds-ss )，跳頻擴頻通信系統(tǒng)(fh-ss )，跳時擴頻通信系統(tǒng)(th

12、-ss)以及混合擴頻通信系統(tǒng)(如fh/ds,ds/th,fh/th等)。擴頻序列的研究開始于二十世紀(jì)五十年代，早在1955年，golomb和zierler就發(fā)表了關(guān)于最大度線性移位寄存器序列(m序列)的結(jié)果。具有良好偽隨機特性和相關(guān)特性的擴頻序列對擴頻通信系統(tǒng)的性能具有決定性的作用。序列的相關(guān)性是評價序列性能的一個重要指標(biāo)，在直接擴頻系統(tǒng)中，常用的相關(guān)函數(shù)有周期相關(guān)函數(shù)，非周期相關(guān)函數(shù)以及奇相關(guān)函數(shù)。理想的擴頻序列應(yīng)該具有如下特性:自相關(guān)的邊峰值和互相關(guān)值均為零，還必須有盡可能大的序列復(fù)雜度、序列平衡性。然而，具有理想特性的單碼擴頻序列經(jīng)理論證明是不存在的。近半個世紀(jì)以來，經(jīng)過人們的不斷努力，

13、擴頻序列的研究己經(jīng)取得了很多成果，并設(shè)計出了許多具有優(yōu)良特性的序列。有許多專著已經(jīng)對此進行了詳細介紹。 擴頻序列的最初應(yīng)用是軍事的電子對抗。通常采用的擴頻方案有兩種:一種是直接序列(directse quence擴頻技術(shù);另一種是跳頻(frequency hopping)擴頻技術(shù)。擴頻通信系統(tǒng)是靠擴頻序列來區(qū)分不同用戶的，所以，擴頻序列的性能就決定了系統(tǒng)的抗干擾性能。對擴頻碼通常提出下列要求:1.易于產(chǎn)生;2.具有隨機性;3.擴頻碼應(yīng)具有盡可能長的周期，使干擾者難以從擴頻碼的一小段去重建整個碼序列;4.擴頻碼應(yīng)具有雙值自相關(guān)函數(shù)和良好的互相關(guān)特性，以有利于接收時的截獲和跟蹤，以及多用戶應(yīng)用。根

14、據(jù)shannon信息論理論，用純隨機序列去擴展頻譜是最理想的。但是，在接收機中為了解擴應(yīng)當(dāng)有一個同發(fā)送端擴頻碼同步的副本。因此，實際上，我們只能用偽隨機或偽噪聲(pn)序列作為擴頻碼。偽隨機序列具有貌似噪聲的性質(zhì)，但它又是有規(guī)律的，它應(yīng)該是既容易產(chǎn)生，又可以加工復(fù)制的序列。 擴頻碼中應(yīng)用最廣的是m序列，又稱最大長度序列。其它的還有g(shù)oid,l序列(legebdre序列)和霍爾序列(孿生素數(shù)序列)等。在實際cdma系統(tǒng)中，is-95和cdma2000系統(tǒng)的前向信道中使用walsh序列，而wcdma系統(tǒng)中采用正交可變擴頻因子(orthogonal variable spreading factor

15、, ovsf )序列。1.3國內(nèi)外研究動態(tài)目前對擴頻通信偽隨機序列的研究主要集中于二元偽隨機序列，在cdma系統(tǒng)中所使用的m序列，gold序列等就是一種典型的二元偽隨機序列。m序列是一種狹義的偽隨機序列，具有優(yōu)良的自相關(guān)特性但是，m序列的局限性在于其數(shù)量有限，如9級移位寄存器產(chǎn)生的m序列共有48個，而滿足彼此互相關(guān)峰值較低(33)的優(yōu)選對只有12個。gold序列是在m序列的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，其數(shù)量遠遠超過m序列，但gold序列具有不平衡性，使直接序列擴頻(ds)系統(tǒng)漏載增大，將降低擴展頻譜通信系統(tǒng)的保密、抗干擾和抗偵破等能力;而構(gòu)造平衡gold碼又有很大局限性。walsh碼的自相關(guān)特性不好，旁瓣較

16、大，其峰有時甚至和主峰一樣高，這樣不但不利于系統(tǒng)的同步，而且容易產(chǎn)生假同步。其后，又相繼提出了gl序列族，dbch序列，高忠雄(kasami )序列族等，均有一定的使用價值。 近年來，人們開始著眼于多相序列的研究，多相序列有著許多優(yōu)點，首先，多相序列可能產(chǎn)生較多的地址碼;其次，在相同的傳輸速率條件下，占用的帶寬是m序列或者gold序列的1/n，提高了頻帶的利用率;再次，多相序列的復(fù)雜度高且易于產(chǎn)生，且有較高的信噪比;最后，在傳輸速率不是很高時，多相編碼可以減輕多徑衰減的程度。所以，目前對多相序列的研究，是偽隨機序列研究中的重要分支。 多相序列有著許多種構(gòu)造方法，其中一類很有名的多相序列一fzc

17、(frank-zadoff-chu)序列有著良好的相關(guān)特性，并且對序列的長度沒有限制，其序列長度等于相位數(shù)。但當(dāng)擴頻序列較長時，在工程上難以實現(xiàn)的缺點。另一種四相序列的構(gòu)造方法是由naoki suehiro提出的，它以弗蘭克(frank)和海米勒(heimiller)給出的fh序列為基礎(chǔ)。fh序列具有良好的相關(guān)特性，它的周期自相關(guān)函數(shù)主峰值為n2，周期自相關(guān)函數(shù)的副峰值為。在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)造長度為p=n2，的多相序列，fh用矩陣表示如下:（1.1）其中fh序列的非周期自相關(guān)函數(shù)r(l)具有如下特性:(1)l為n的整數(shù)倍時，副峰值為零。(2)l=1(mod n)時，副峰為1。(3)相對于主峰，副

18、峰具有對稱性。(4)在時間軸上，具有分段對稱性。陽序列的非周期自相關(guān)函數(shù)的主副峰比的漸近值為，這比同樣長度的二元序列高1 0個分貝。fh序列的倍序列的周期，非周期的自、互相關(guān)函數(shù)的旁瓣的最大值不大于fh序列的非周期互相關(guān)旁瓣的最大值，其上限是隨著多相序列相位數(shù)的增加，滿足工程要求的序列組中的序列數(shù)會迅速增加。按照naoki suehiro所提出的多相序列構(gòu)造方法構(gòu)造六相序列時，序列中最大互相關(guān)函數(shù)為12時的rm .rr為0.33 (r m .rr為m.rr與循環(huán)自相關(guān)函數(shù)主峰值16的比值)，此時序列組中可以作為獨立地址碼的序列數(shù)最多達到13。因此，當(dāng)多相序列長度達到當(dāng)前實際應(yīng)用的二元序列的長度

19、時，其獨立地址碼的數(shù)量要遠多于二元序列的獨立地址碼的數(shù)量。 2004年nakoto nakamura與naoki suehiro共同提出了一種新的zcz序列的構(gòu)造方法與過去的構(gòu)造方法相比，由這種構(gòu)造方法構(gòu)造出的四相序列具有更長的零相關(guān)域，這種序列更適合準(zhǔn)同步碼分多址(as-cdma)系統(tǒng)。1.4 第三代移動通信的技術(shù)與發(fā)展第三代移動通信技術(shù)(3g即3rd generation),相對于第一代模擬手機(1g)和第二代gsm、cdma等數(shù)字手機(2g)而言,第一代模擬手機只能進行語音通話;第二代數(shù)字手機增加接收數(shù)據(jù)功能(如接受電子郵件或網(wǎng)頁);第三代手機的主要特征是:語音和數(shù)據(jù)的傳輸速率提升;將無

20、線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合,并能處理圖像、音樂、視頻流等多媒體形式,提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù);最高目標(biāo)是使個人終端用戶能在任何時間、任何地點、與任何人實現(xiàn)高質(zhì)量地信息傳遞,又被稱為未來個人通信系統(tǒng)。itu(國際電聯(lián))1996年將3g由原來的fplmts正式命名為imt-2000,含義是3g統(tǒng)一使用2 000 mhz頻段、最高數(shù)據(jù)傳輸速率2 000 kbit/s,于2000年使用;分為陸地網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng),包括尋呼、無繩系統(tǒng)、蜂窩系統(tǒng)、移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等功能。3g標(biāo)準(zhǔn)分為核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和無線接口標(biāo)準(zhǔn)。目前,核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是基于map的gsm網(wǎng)絡(luò)和基于is-41的cdma

21、網(wǎng)絡(luò),向支持ip的分組平臺方向發(fā)展。在無線接口標(biāo)準(zhǔn)方面,itu1998年向其所屬成員征集無線傳輸技術(shù)(rtt:rodio transmissia technology)提案,要求:(1)能實現(xiàn)全球漫游:用戶可在整個系統(tǒng)甚至全球范圍內(nèi)漫游,且可在不同的速率、運動狀態(tài)下獲得有質(zhì)量保證的服務(wù);(2)能提供多種服:提供話音、可變速率的數(shù)據(jù)、活動視頻會話業(yè)務(wù),特別是多媒體業(yè)務(wù)。(3)能適應(yīng)多種環(huán)境:可以綜合現(xiàn)有的公眾電話交換網(wǎng)(pstn)、綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)、無繩系統(tǒng)、地面移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng),提供無縫隙的覆蓋。(4)足夠的系統(tǒng)容量,強大的多種用戶管理能力,高保密性能和服務(wù)質(zhì)量。為實現(xiàn)上述目標(biāo),對于r

22、tt提出以下要求:高速傳輸以支持多媒體任務(wù):室內(nèi)環(huán)境至少2 mbit/s;室內(nèi)外步行環(huán)境至少384 kbit/s;室外車輛運送中至少144 kbit/s;衛(wèi)星移動環(huán)境至少9.6 kbit/s。傳輸速率能夠按需分配。上下行鏈路能適應(yīng)不對稱需求。1.4.1第三代移動通信系統(tǒng)的組成imt-2000系統(tǒng)(見圖1)主要有四個功能子系統(tǒng),即核心網(wǎng)(cn)、無線接入網(wǎng)(ran)、移動臺(mt)、用戶識別模塊(uim),分別對應(yīng)于gsm系統(tǒng)的交換子系統(tǒng)(sss)、基站子系統(tǒng)(bss)、移動臺(ms)、sim卡。itu定義的4個標(biāo)準(zhǔn)接口為:網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)接口(nni,指不同家族成員之間的標(biāo)準(zhǔn)接口,是保證互通和漫游的

23、關(guān)鍵接口)。無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的接口(ran-cn,對應(yīng)于gsm的a接口)。無線接口(uni)。用戶識別模塊和移動臺之間的接口(uim-mt)。圖1.1 imt-2000功能模型及接口圖圖2為無線接口的分層結(jié)構(gòu),其中:(1)物理層(l1):由下行物理信道和上行物理信道組成。(2)鏈路層(l2):由媒體接入層(mac)子層和鏈路接入控制(lac)子層組成。mac子層根據(jù)lac子層不同業(yè)務(wù)實體的要求對物理層資源進行管理與控制,并負責(zé)提供lac子層業(yè)務(wù)實體所需的qos(服務(wù)質(zhì)量)級別。lac子層與物理層相對獨立的鏈路管理與控制,并負責(zé)提供mac子層所不能提供的更高級別的qos控制,可以通過arq

24、等方式實現(xiàn)以滿足來自更高層業(yè)務(wù)實體的傳輸可靠性。(3)高層(l3):它集osi模型中的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表達層、應(yīng)用層為一體。主要負責(zé)各種業(yè)務(wù)的呼叫信令處理,話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的控制處理等。1.4.2第三代移動通信的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖1.2無線接口的分層結(jié)構(gòu)圖在itu確認的無線接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,目前己經(jīng)形成主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):有基于fdd方式的wcdma和cdma2000、基于tdd方式的td-scdma。(1)wcdma:由3gpp1的wcdma方案與3gpp2的cdma2000方案的直接擴頻(ds)部分融合而來,主要源于歐洲的etsi和日本的arib標(biāo)準(zhǔn)化組織,主要倡導(dǎo)者有愛立信和諾基亞等公司

25、。它的核心網(wǎng)基于gsm map,通過網(wǎng)絡(luò)擴展方式提供基于ansi-41的運行能力。wcdma系統(tǒng)能同時支持電路交換業(yè)務(wù)(如pstn isdn)和分組交換業(yè)務(wù)(如ip網(wǎng))。該系統(tǒng)使用靈活的無線協(xié)議,可在一個載波內(nèi)同時支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù),并通過透明或非透明傳輸支持實時、非實時業(yè)務(wù)。(2)cdma2000:即3gpp2提交方案中的多載波(mc)方案,源于美國tia(電話工業(yè)協(xié)會)的tr45.5標(biāo)準(zhǔn)由美國高盛公司提出。cdma 2000是從cdma one發(fā)展而來,目的是為已有的cdma運營商平滑升級到3g提供途徑,核心是lucent,motorola,nortel和qualcomm聯(lián)合提出的

26、寬帶cdma one技術(shù)。主要特點是與現(xiàn)有的tia/eia-95-b標(biāo)準(zhǔn)向后兼容,并與is-95b系統(tǒng)的頻段實現(xiàn)共享或重疊,使運營商可在is-95b系統(tǒng)的基礎(chǔ)上平滑地過渡,保護已有投資。cdma 2000的核心網(wǎng)基于ansi-41,但經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擴展方式;也可提供基于gsm-map核心網(wǎng)上的運行能力。(3)td-scdma:它是一種高性能和低成本的系統(tǒng),是在tdd模式下,采用在周期重復(fù)的時間幀里傳輸基本的tdma突發(fā)脈沖的工作模式(和gsm相同),通過周期性地切換傳輸方向,在同一載波上交替地進行上下行鏈路傳輸。可以控制上下行的發(fā)送時間,發(fā)送時間段內(nèi)不接受,接受時間段內(nèi)不發(fā)送,且可靈活控制和改變發(fā)送和

27、接受的時段長短比例。其優(yōu)勢是上下行鏈路間的轉(zhuǎn)折點可因業(yè)務(wù)的不同而認識調(diào)整。對于因特網(wǎng)等非對等業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸,下行數(shù)據(jù)量遠大于上行數(shù)據(jù)量,可增加下行的時段時間,縮短上行的時段時間,以達到高效傳送非對等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的目的,從而實現(xiàn)3g所要求的兩類業(yè)務(wù)(對稱的電路交換業(yè)務(wù)和非對稱的分組交換業(yè)務(wù))。第二章 直接序列擴頻通信系統(tǒng) 本章是全文的理論基礎(chǔ)，隨著概念的深入逐步展開。在諸多的擴頻類型中，直接序列擴頻通信系統(tǒng)是本文研究的重點，因此將詳細討論其組成及特點。2.1擴頻通信系統(tǒng)擴展頻譜通信系統(tǒng)是指待傳輸信息的頻譜用某個特定的擴頻函數(shù)擴展后成為寬頻帶號，然后送入信道中傳輸，再利用相應(yīng)手段將其解擴，從而獲取傳輸

28、信息的通信系統(tǒng)。它在傳輸同樣信息時所需的射頻帶寬，遠比我們熟悉的各種調(diào)制方式要求的帶寬要寬的多。擴頻前的信息碼元帶寬遠小于擴頻后的擴頻碼序列的帶寬，信息己不再是決定調(diào)制信號帶寬的一個重要因素，其調(diào)制信號的帶寬主要由擴頻函數(shù)來決定。一般常用的擴頻函數(shù)是偽隨機編碼信號。擴頻系統(tǒng)比常規(guī)的通信系統(tǒng)具有很強的抗人為干擾、抗窄帶干擾、抗多徑的能力，此外還具有信息隱蔽多址保密通信等優(yōu)點。下面是對它的定性的分析。2.1.1理論基礎(chǔ)擴展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)可以用香農(nóng)(c.e.shannon)信道容量公式來描述 (21) 上式表明，在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信號噪聲功率比下降時，可以用增加系統(tǒng)傳輸帶寬w的辦法來保持信

29、道容量c不變。對于任意給定的信號噪聲比，可以用增大傳輸帶寬來獲得較低的信息差錯率?？梢姡瑪U展頻譜技術(shù)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來達到擴展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。擴頻通信系統(tǒng)的帶寬比常規(guī)通信系統(tǒng)大幾百倍至幾千倍，所以在相同的信噪比條件下，具有較強的抗噪聲干擾能力。其次，香農(nóng)又指出:在高斯噪聲的干擾下，在平均功率受限的信道上，實現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號是具有白噪聲統(tǒng)計特性的信號。這是因為高斯白噪聲信號具有理想的自相關(guān)特性，其功率譜為: （22）其自相關(guān)函數(shù)為:（23）其中: 為時延，。 白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有(r)函數(shù)的特點，說明它具有尖銳的自相關(guān)特性。但是對于白噪聲信號的產(chǎn)生、加工

30、和復(fù)制至今存在著許多技術(shù)上的困難。然而，有許多易于產(chǎn)生又便于加工和控制的偽隨機噪聲序列，它們的統(tǒng)計特性逼近于高斯白噪聲信號的統(tǒng)計特性。設(shè)某種偽隨機序列周期為p，且碼元都是一二元域1，一1上的元，假設(shè)一個周期為p，碼元為x的偽隨機序列x的歸一化自相關(guān)函數(shù)為:（24）式中:j=0,1,2,.,p-1。當(dāng)偽隨機序列碼長p取足夠長或p趨于無窮時，上式可以簡化為: （25） 可以看到式(2-5)中當(dāng)p足夠長或趨于無窮時，該偽隨機序列和白噪聲信號有類似的統(tǒng)計特性，也就是逼近于高斯信道要求的最佳信號形式?？梢娪脗坞S機碼擴展待傳基帶信號的擴展頻譜通信系統(tǒng)，優(yōu)于常規(guī)通信體制。 擴頻通信的工作原理如圖2-1所示:

31、 圖2-1擴頻通信的工作原理在發(fā)端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制變成數(shù)字信號，然后由擴頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。展寬后的信號再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴頻序列進行相關(guān)解擴，再經(jīng)信息解調(diào)、恢復(fù)成原始信息輸出。2.1.2系統(tǒng)的主要特點 由于擴頻通信能大大擴展信號的頻譜，發(fā)送端用擴頻碼序列進行擴頻調(diào)制，以及在接收端用相關(guān)解調(diào)技術(shù)，使其具有許多窄帶通信難于替代的優(yōu)良性能，能在民用后，迅速推廣到各種公用和專用通信網(wǎng)絡(luò)之中，主要有以下幾項特點: (1)易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到

32、微波都得到了開發(fā)利用，仍然滿足不了社會的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來防止信道之間發(fā)生干擾。為此，世界各國都設(shè)立了頻率管理機構(gòu)，用戶只能使用申請獲準(zhǔn)的頻率。擴頻通信發(fā)送功率極低(1-650mw)，采用了相關(guān)接收技術(shù)，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區(qū)重復(fù)使用同一頻率，也可與現(xiàn)今各種窄道通信共享同一頻率資源。所以，在美國及世界絕大多數(shù)國家，擴頻通信不需申請頻率，任何個人與單位可以無執(zhí)照使用。 (2)抗干擾性強，誤碼率低 擴頻通信在空間傳輸時所占有的帶寬相對較寬，而收端又采用相關(guān)檢測的辦法來解擴，使有用寬帶信息信號恢復(fù)成窄帶信號，而把非所需信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波

33、技術(shù)提取有用的信號。這樣，對于各種干擾信號，因其在收端的非相關(guān)性，解擴后窄帶信號中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干擾性強。當(dāng)處理增益gp=35db時，抗干擾容限腸=22db，即在負信噪聲比(-22db)條件下，可以將信號從噪聲的湮滅中提取出來。在目前商用的通信系統(tǒng)中，擴頻通信是唯一能夠工作在負信噪比條件下的通信方式。(3)隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小由于擴頻信號在相對較寬的頻帶上被擴展了，單位頻帶內(nèi)的功率很小，信號湮沒在噪聲里，一般不容易被發(fā)現(xiàn)，而想進一步檢測信號的參數(shù)(如偽隨機編碼序列)就更加困難，因此說其隱蔽性好。再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度，它對目前使用的各種窄

34、帶通信系統(tǒng)的干擾很小。(4)可以實現(xiàn)碼分多址擴頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大為提高頻帶的利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取出有用信號。這樣一來，在一寬頻帶上許多對用戶可以同時通話而互不干擾。 (5)抗多徑干擾 在無線通信的各個頻段，長期以來，多徑干擾始終是一個難以解決的問題之一。在以往的窄帶通信中，采用兩種方法來提高抗多徑干擾的能力:一是把最強的有用信號分離出來，排除

35、其他路徑的干擾信號，即采用分集/接收技術(shù);二是設(shè)法把不同路徑來的不同延遲、不同相位的信號在接收端從時域上對齊相加，合并成較強的有用信號，即采用梳狀濾波器的方法。 這兩種技術(shù)在擴頻通信中都易于實現(xiàn)。利用擴頻碼的自相關(guān)特性，在接收端從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成，這相當(dāng)于梳狀濾波器的作用。另外，采用頻率跳變擴頻調(diào)制方式的擴頻系統(tǒng)中，由于用多個頻率的信號傳送同一個信息，實際上起到了頻率分集的作用。 (6)能精確地定時和測距 我們知道電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速，人們自然會想到如果能夠精確測量電磁波在兩個物體之間傳播的時間，也就等于測量兩個物

36、體之間的距離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間就很短。當(dāng)發(fā)射出去的擴頻信號在被測物體反射回來后，在接收端解調(diào)出擴頻碼序列，然后比較收發(fā)兩個碼序列相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。 (7)適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù) 擴頻通信一般都采用數(shù)字通信、碼分多址技術(shù)，適用于計算機網(wǎng)絡(luò)，適合于數(shù)據(jù)和圖像傳輸。 (8)安裝簡便，易于維護 擴頻通信設(shè)備是高度集成，采用了現(xiàn)代電子科技的尖端技術(shù)，因此，十分可靠、小巧，大量運用后成

37、本低，安裝便捷，易于推廣應(yīng)用。2.1.3基本類型擴頻系統(tǒng)包括以下幾種擴頻方式:(1) 直接序列擴頻，記為ds(direct sequence):這是本文主要研究的對象，下文將有詳細介紹(2)跳頻擴頻，記為fh(frequency hopping):頻率跳變系統(tǒng)有稱為“多頻、 碼選、頻移鍵控”系統(tǒng)，主要由碼產(chǎn)生器和頻率合成器兩部分組成。(3)跳時擴頻，記為th(time hopping):跳時擴頻系統(tǒng)主要通過擴頻碼控制發(fā)射機的通斷，可以減少時分復(fù)用系統(tǒng)之間的干擾。 上述三種基本擴頻系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，單獨使用一種系統(tǒng)有時難以滿足要求，將以上集中擴頻方法結(jié)合就構(gòu)成了混合擴頻系統(tǒng)，常見的有th/ds,

38、th/ds,fh/th等。由于本論文采用直接序列擴頻方式，下面重點介紹直接序列擴頻通信系統(tǒng)。2.2直接序列擴頻通信系統(tǒng)直接序列擴頻通信系統(tǒng)(direct sequence spread system. dsss)，簡稱直擴系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的擴頻系統(tǒng)。早期的一些軍事領(lǐng)域的研究開發(fā)，例如全球定位系統(tǒng)(global position system gps),航天飛機通信用的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)等都是直接序列擴頻系統(tǒng)應(yīng)用的實例。直接序列擴頻系統(tǒng)是將要發(fā)送的信息用偽隨機序列擴展到一個很寬的頻帶上去。在接收端，用與發(fā)射端擴展用的相同的偽隨機序列對接收到的擴頻信號進行相關(guān)處理，恢復(fù)出原來的干擾信息。

39、由于干擾信息與偽隨機序列不相關(guān)，在接收端被擴展，使落入信號頻帶內(nèi)的干擾信號功率大大降低，從而提高了系統(tǒng)的輸出信噪比，達到抗干擾的目的。2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-2 直擴系統(tǒng)發(fā)送框圖 圖2-3直擴系統(tǒng)接收框圖 圖2-2為直擴系統(tǒng)發(fā)送框圖，信源輸出信號a(t)為碼元持續(xù)時間為tu的信息流，偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機碼為c(t)，每一隨機碼元寬度為t.。將信碼a(t)和偽隨機碼c(t)進行模二加，產(chǎn)生一速率與偽隨機碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調(diào)制載波，這樣就得到了己擴頻調(diào)制的射頻信號。在接收端，接收到的擴頻信號經(jīng)高放和混頻后，用與發(fā)端速率及相位都相同的偽隨機序列對中頻的擴頻調(diào)制信號進行相關(guān)

40、解擴，將信號的頻帶恢復(fù)為信號序列a(t)的頻帶，為中頻調(diào)制信號，然后再進行解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔(t)，從而完成信息的傳輸，直擴系統(tǒng)接收框圖如圖2-3所示。對于干擾信號和噪聲而言，由于與偽隨機序列不相關(guān)，在相關(guān)解擴器的作用下，相當(dāng)于進行了一次擴頻。干擾信號和噪聲頻譜被擴展后，其譜密度降低，這樣就大大降低了進入信號通頻頻帶內(nèi)的干擾功率，使解調(diào)器的輸入信噪比和輸入信干比提高，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。2.2.2信號分析 信號源產(chǎn)生的信號a(t)為信息流，碼元速率為ra，碼元寬度為ta=1/ra，其中 （26） 式中:an為信息碼，取值+1或者-1 ,ga(t)為門函數(shù)。偽隨機序列發(fā)生器產(chǎn)生的

41、信號偽隨機序列c(t)，速率為rc，碼片寬度為tc=1 /rc。 （27） 式中:cn為信息碼，取值+1或者-1 gc(t)為門函數(shù)。擴頻過程實質(zhì)上是信息流a(t)與偽隨機序列c(t)的模二加或者相乘的過程。偽隨機碼速率rc比信息速率ra大得多，一般rc/ra的比值為整數(shù)，且rc/ra1,所以擴展后的序列的速率仍為偽隨機碼的速率r。擴展后的序列d(t)為 （28）式中: （29）用此擴展后的序列去調(diào)制載波，將信號搬移到載頻上去，用于直擴系統(tǒng)的調(diào)制。一般來說、大多數(shù)數(shù)字調(diào)制方式均可，但應(yīng)視具體情況，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求來確定，用得較多的調(diào)制方式有bpsk, msk, qpsk等。這里分析采用bps

42、k調(diào)制，調(diào)制后的信號s(t)為 （210）其中，wo為載波頻率。接收端天線上感應(yīng)的信號經(jīng)高放的選擇放大和混頻后，得到包括以下幾部分的信號:有用信號si(t)、信道噪聲ni(t)、干擾信號.ji(t)、和其它網(wǎng)的擴頻信號sj(t)等，即收到的信號(經(jīng)混頻后)為 （211）接收端的偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機序列與發(fā)端產(chǎn)生的偽隨機序列相同，但起始時間或者初始相位可能不同，為c(t)。解擴的過程與擴頻過程相同，用本地的偽隨機序列c(t)與接收到的信號相乘，相乘后為（212）下面分別對式(2-11)中的四個分量進行分析，首先看信號分量s(t): （213）若本地產(chǎn)生的偽隨機序列c(t)與發(fā)端產(chǎn)生的偽隨機

43、序列c(t)同步時，有c(t) =c(t)，則c(t).c(t)=1。這樣，信號分量s (t)為 （214） 后面所接濾波器的頻帶正好能讓信號通過，因此可以進入解調(diào)器進行解調(diào)，將有用信號解調(diào)出來。對噪聲分量ni(t)、干擾分量.ji(t)、和不同網(wǎng)干擾sj(t)，經(jīng)解擴處理后，被大大削弱。這里的ni(t)一般為高斯帶限白噪聲，因而用。(r)處理后，譜密度基本不變，但相對帶寬改變，因此噪聲功率降低。.i,(t)分量，是人為干擾信號引起的。由于與偽隨機碼不相關(guān)，因此相乘過程相當(dāng)于頻譜擴展過程，將干擾信號功率分散到很寬的頻帶上，譜密度降低。相乘器后接的濾波器只能讓有用信號通過，因而能夠進入到解調(diào)器輸

44、入端的干擾功率只能是與信號頻帶相同的那一部分。解擴前后的頻帶相差甚大，因而解擴后干擾功率大大降低，提高了解調(diào)器輸入端的信噪比，從而提高了系統(tǒng)抗干擾的能力。至于不同網(wǎng)的信號sj(t),由于不同網(wǎng)采用不同的偽隨機碼序列，序列之間很低的互相關(guān)性，相當(dāng)于再次擴展，從而降低了不同網(wǎng)信號的干擾。2.2.3處理增益和干擾容限 (1)處理增益gp在擴頻系統(tǒng)中，傳輸信號經(jīng)過擴頻和解擴的處理，系統(tǒng)的抗干擾性能得到提高，這種擴頻處理得到的好處，稱之為擴頻系統(tǒng)的處理增益，其定義為接收相關(guān)處理器輸出與輸入信噪比的比值，即 (215)一般用分貝表示為 （216）經(jīng)分析可知 （217） 由此可見，直擴系統(tǒng)的處理增益為擴頻信

45、號射頻帶寬與傳輸?shù)男畔挼谋戎?，或為偽隨機碼速率rc與信息速率ra的比值，也即直擴信號的擴頻倍數(shù)。一般情況下，發(fā)送信息的帶寬是不變的，要提高擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力，就應(yīng)該提高擴頻系統(tǒng)的處理增益，即提高擴頻用的偽隨機碼的速率。 當(dāng)處理增益提高到一定程度時，不能再靠提高偽隨機碼速率的方法來提高系統(tǒng)的處理增益，而應(yīng)考慮用別的辦法，比如可以降低信息速率，而且可能更為有效一些。(2)干擾容限mj所謂干擾容限，是指在保證系統(tǒng)工作正常的條件下，接收機能夠承受的干擾信號比有用信號高出的分貝數(shù)。用mj表示 （218）式中l(wèi)s為系統(tǒng)內(nèi)部損耗;s/n為系統(tǒng)正常工作時要求的最小輸出信噪比;gp即系統(tǒng)的處理增益。干擾容

46、限直接反映了擴頻系統(tǒng)接收機可能抵抗的極限干擾強度，即只有當(dāng)干擾機的干擾功率超過干擾容限后，才能對擴頻系統(tǒng)形成干擾。因而干擾容限往往比處理增益更確切反映系統(tǒng)的抗干擾能力。2.3直接序列擴頻通信系統(tǒng)的偽隨機序列 在擴頻系統(tǒng)中，信號頻譜的擴展是通過擴頻碼實現(xiàn)的。擴頻系統(tǒng)的性能的擴頻碼的性能有很大關(guān)系，對擴頻碼通常提出下列要求: 1.易于產(chǎn)生:2.具有隨機性:3.擴頻碼應(yīng)該具有盡可能長的周期，使干擾者難以從擴頻碼的一小段中重建整個碼序列:4.擴頻碼應(yīng)該具有雙值自相關(guān)函數(shù)和良好的互相關(guān)特性，以利于接收時的捕獲和跟蹤，以及多用戶檢測。 從理論上說，用純隨機序列去擴展頻譜是最理想的，例如高斯白噪聲，但在接收

47、機中為了解擴應(yīng)當(dāng)有一個同發(fā)送端擴頻碼同步的副本，因此實際上只能用偽隨機或偽噪聲序列作為擴頻碼。偽隨機序列具有貌似噪聲的性質(zhì)，但它又是周期性有規(guī)律的，易于產(chǎn)生和處理。 擴頻碼中應(yīng)用最廣的是m序列，又稱最大長度序列，其它還有g(shù)old序列，l序列和霍爾序列等。2.3.1 m序列 m序列是最長線性移位寄存器序列，是由移位寄存器加反饋后形成的。m序列是偽隨機序列中最重要的一種，其易于實現(xiàn)，有優(yōu)良的自相關(guān)特性，在直擴通信系統(tǒng)中用于擴展要傳遞的信號。它的產(chǎn)生如圖2-4反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)所示:圖2-4 反饋移位寄存器結(jié)構(gòu) 圖2-4中an-1(i =1, 2, 3.r)為移位寄存器中每位寄存器的狀態(tài)，取值為1或

48、者0: ci (i =1, 2, 3.r)為對應(yīng)于第1位寄存器的反饋系數(shù)。當(dāng)ci=0時，表示無反饋，將反饋線斷開。當(dāng)ci=1時，表示有反饋，將反饋線連接起來，注意在此結(jié)構(gòu)中必須保證cq=cr=1在把m序列作為擴頻碼時，每一個碼元有一定的寬度，設(shè)為tc。下面推導(dǎo)碼元寬度為tc時擴頻碼的相關(guān)函數(shù)。設(shè)二元脈沖序列碼元寬度為tc，幅度+1和-1的概率各為1/2，所有脈沖幅度值相互獨立。脈沖波形起始時間為t, t在0到tc之間均勻分布。任取兩個時刻t1，和t2，且0 t1 t2tc。當(dāng)延時|t|=ktc (k=0,1,2,. . . p-1)時，m序列的自相關(guān)函數(shù)為 (218)當(dāng)|t|tc時，t1,和t

49、2可以是在同一脈沖區(qū)間內(nèi)，也可以是在相鄰兩個脈沖區(qū)間設(shè)a代表t1 、t2落在同一脈沖區(qū)間內(nèi)的事件，即(t1， t2)內(nèi)沒有脈沖沿的事件。a代表t, , t2落在相鄰兩脈沖區(qū)間內(nèi)的事件。則事件a發(fā)生的概率為:（219）a不發(fā)生的概率為: （220）若t2tc時，p(a)=0,rx(t) = 0，于是可以得到周期為p的m序列的擴頻碼的自相關(guān)函數(shù)為: （228） 由上式可以看出m序列擴頻碼的自相關(guān)函數(shù)是周期為ptc的周期三角函數(shù)，據(jù)此可以推導(dǎo)m序列擴頻碼的功率密度譜。由于功率密度譜和相關(guān)函數(shù)是一對傅利葉變換，m序列擴頻碼的自相關(guān)函數(shù)可以看成是高度為淤1)/p的周期三角形脈沖序列減去一個幅度為1 /p

50、的直流分量。設(shè)周期三角形脈沖的傅利葉變換為g仍，幅度為1加的直流分量的傅利葉變換為g2（f），顯然，m序列擴頻碼的功率密度譜g仍等于 （229）三角脈沖的傅利葉變換是抽樣函數(shù)的平方，周期三角脈沖的傅利葉變換是以抽樣函數(shù)平方為包絡(luò)的離散譜線，相鄰譜線的間隔為1 /ptc。這樣，g1（f）可以表示為: （230）直流分量的傅利葉變換為 （231）所以m序列擴頻碼的功率密度譜g（f）為: （232）由式(2-32)可以看出m序列擴頻碼功率譜具有如下特性: m序列擴頻碼功率譜是周期函數(shù)，它的自相關(guān)函數(shù)也是同周期的周期函數(shù)，相應(yīng)的功率密度譜就是線狀譜，相鄰的譜線間隔為1/ptc。由于序列波形是幅度恒定的

51、矩形波，因而具有恒定的功率，除零頻率分量外，各譜線強度與序列長度p成反比。零頻率分量的強度為1 /p2，與序列的長度p2成反比。m序列擴頻碼功率譜密度的包絡(luò)由碼元寬度t決定而與序列周期ptc無關(guān)。這說明傳輸m序列隨機信號的頻帶寬度決定于碼元寬度tc。 向?qū)序列的特點總結(jié)如下: (1)均衡性 以n為周期的序列中包含2n-1，個“1”和2n-1 -1個“0， 1”和“0”的個數(shù)基本相同(1”比“0”的數(shù)目多一個)。這一性質(zhì)很重要，因為碼序列或碼序列調(diào)制信號中的直流分量將決定于碼的均衡性，另外由于載波抑制度決定于調(diào)制信號的對稱性，當(dāng)用一個碼序列去調(diào)制載波時，0-1均衡性將限制可達到的載波抑制度。

52、(2)游程分布 把一個序列中取值相同的那些相繼元素合稱為一個游程。一般來說，在m序列中，長度為1的游程占游程總數(shù)的1/2;長度為2的游程占游程總數(shù)1/4;長度為3的占1/8，也即長度為k的游程占游程總數(shù)的2-k，其中l(wèi)k(r-2)。 (3)移位相加性 一個序列與其經(jīng)m次延遲移位產(chǎn)生的另一不同序列模2加，得到的仍然是原序列的某次延遲移位序列。 (4)周期性 m序列的周期為n 2r-1，r為反饋移位寄存器的級數(shù)。 (5)偽隨機性 m序列的各個性質(zhì)與隨機序列的基本性質(zhì)很相似，所以通常認為m序列屬于一種常用的偽隨機序列。 (6)相關(guān)特性m序列的自相關(guān)函數(shù)只有兩種取值(1和-1/n)。2.3.2 gol

53、d序列 雖然m序列具有很好的偽隨機性和相關(guān)特性，且使用簡單，但是m序列的個數(shù)相對較少，很難滿足作為系統(tǒng)地址碼的要求。gold碼，繼承了m序列的許多優(yōu)點，而可用碼的個數(shù)又遠大于m序列，是一種良好的碼型。 gold碼是r.gold提出的用優(yōu)選對的復(fù)合碼，所謂m序列優(yōu)選對，是指在m序列集中，其互相關(guān)函數(shù)最大值的絕對值小于某個值的兩條m序列。而gold碼是由兩個長度相同、速率相同、但碼字不同的m序列優(yōu)選對模2加后得到的，具有良好的自、互相關(guān)特性。因為一對m序列優(yōu)選對可產(chǎn)生2r+1條gold碼，所以gold碼的條數(shù)遠遠大于m序列。gold碼具有三值互相關(guān)函數(shù)，其值為 (233)這里（234） 當(dāng)r為奇數(shù)

54、時，gold碼族中約有50%的碼序列歸一化相關(guān)函數(shù)值為-1/p。當(dāng)r為偶數(shù)但又不是4的倍數(shù)時，約有75%的碼序列歸一化互相關(guān)函數(shù)值為-1/p。 gold碼的自相關(guān)函數(shù)也是三值函數(shù)，但是出現(xiàn)的頻率不同。另外，同族gold碼的互相關(guān)函數(shù)是三值，而不同族之間的互相關(guān)函數(shù)是多值函數(shù)。 產(chǎn)生gold碼可以有兩種方法，一種是將對應(yīng)于優(yōu)選對的兩個移位寄存器串聯(lián)成2r級的線性移位寄存器;另一種方法是將兩個移位寄存器并聯(lián)后模2相加。2.4本章小結(jié) 本章主要介紹了擴頻通信系統(tǒng)的基本原理、特點和分類，在2.1.3小節(jié)中的幾種擴頻類型中，直接序列擴頻通信系統(tǒng)是本文研究的重點，詳細討論了其組成及特點，為下一步的研究提供

55、必要的理論基礎(chǔ)。在擴頻系統(tǒng)中，信號頻譜的擴展是通過擴頻碼實現(xiàn)的，本章重點介紹了m序列。 由于pn碼序列的循環(huán)移位序列并不改變pn碼序列的碼片結(jié)構(gòu)，但在相同時刻各移位序列的對應(yīng)碼片序列也可能是不同的，而且，pn碼序列的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)值極低，因而，可以通過檢測本地產(chǎn)生的pn碼序列與接收到的pn碼序列的互相關(guān)值來實現(xiàn)擴頻序列的捕獲。第三章m序列性質(zhì)的分析與研究3.1移位寄存器序列目前，幾乎所有的擴頻序列都由移位寄存器來產(chǎn)生，利用簡單的硬件產(chǎn)生極長的序列。一般反饋移位寄存器的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，它由串聯(lián)的r個二元移位寄存器及一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每一個二元存儲器即為一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它的圖3.1 一般反饋移位寄存器示意圖兩種狀態(tài)分別記為“1”和“0。自左至右，分別稱為第一級、第二級第:級存儲器。圖中的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)