《調(diào)制解調(diào)》 (2)ppt課件

1、第第2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào) 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 數(shù)字幅度調(diào)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK2ASK與數(shù)字頻率調(diào)制與數(shù)字頻率調(diào)制(2FSK)(2FSK)2.3 2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制(2PSK(2PSK、QPSKQPSK、OQPSK) OQPSK) 2.4 2.4 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜調(diào)制 2.5 2.5 多載波調(diào)制多載波調(diào)制 思索題與習(xí)題思索題與習(xí)題 2.1 概概 述述 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號變換成適宜信道傳輸?shù)母哳l信號。該信號稱為已調(diào)信號。 調(diào)制過程用于通訊系統(tǒng)的發(fā)送端。 在接納端需將已調(diào)信號復(fù)原成要傳輸?shù)脑夹盘枺?該過程稱為解調(diào)。載波調(diào)

2、制是用待傳輸?shù)幕鶐盘柕淖兓?guī)律，去改動高頻載波載波調(diào)制是用待傳輸?shù)幕鶐盘柕淖兓?guī)律，去改動高頻載波某些參數(shù)的過程。某些參數(shù)的過程。高頻載波可以分為兩類：高頻載波可以分為兩類： 一類用正弦型信號，稱為正弦載波調(diào)制；一類用正弦型信號，稱為正弦載波調(diào)制； 一類用脈沖串，稱為脈沖調(diào)制。一類用脈沖串，稱為脈沖調(diào)制?；鶐盘栆部煞譃閮深悾夯鶐盘栆部煞譃閮深悾?一類是模擬信號，即基帶信號的取值是延續(xù)的，稱為模擬調(diào)制；一類是模擬信號，即基帶信號的取值是延續(xù)的，稱為模擬調(diào)制； 另類是數(shù)字信號，即基帶信號的取值是離散的，稱為數(shù)字調(diào)制。另類是數(shù)字信號，即基帶信號的取值是離散的，稱為數(shù)字調(diào)制。 模擬調(diào)制指利用輸

3、入的模擬信號直接調(diào)制模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號直接調(diào)制(或改動或改動)高頻載高頻載波波(正弦波正弦波)的振幅、的振幅、 頻率或相位，頻率或相位， 從而得到：從而得到： 模擬調(diào)幅模擬調(diào)幅(AM)、 模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻(FM) 模擬調(diào)相模擬調(diào)相(PM)信號。信號。 數(shù)字調(diào)制指利用輸入的數(shù)字信號來控制高頻載波的振幅、數(shù)字調(diào)制指利用輸入的數(shù)字信號來控制高頻載波的振幅、 頻率或相位。頻率或相位。 常用的數(shù)字調(diào)制有：常用的數(shù)字調(diào)制有： 移幅鍵控移幅鍵控2ASK 移頻鍵控移頻鍵控(2FSK)、MSK、GMSK 移相鍵控移相鍵控(2PSK)、4相移相鍵控相移相鍵控QPSK、OQPSK、 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)

4、制QAM等。等。 挪動通訊信道的根本特征是： 第一，帶寬有限，它取決于運(yùn)用的頻率資源和信道的傳播特性；第二，干擾和噪聲影響大，這主要是挪動通訊任務(wù)的電磁環(huán)境所決議的；第三，存在著多徑衰落。 針對挪動通訊信道的特點(diǎn)，要求已調(diào)信號應(yīng)具有高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落的才干。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號所占的帶寬窄。 它意味著已調(diào)信號頻譜的主瓣要窄， 同時(shí)副瓣的幅度要低(即輻射到相鄰頻道的干擾功率要小)。 高的抗干擾和抗多徑性能要求在惡劣的信道環(huán)境下， 經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比(S/N)較高或誤碼率較低。2.1.1 模擬調(diào)制與解調(diào)原理復(fù)習(xí)模擬調(diào)制與解調(diào)原理復(fù)習(xí)高頻載波選用正弦型載波，基帶信號

5、為模擬信號，設(shè)正弦型載波為： st=Acosct+0式中： A 載波的幅度 c 載波角頻率 0 載波的初始相位 t=c t +0 載波的瞬時(shí)相位一、一、 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理假設(shè)基帶信號為假設(shè)基帶信號為mt，那么幅度調(diào)制信號，那么幅度調(diào)制信號已調(diào)信號普通可表示成：已調(diào)信號普通可表示成： 時(shí)域信號：時(shí)域信號：Smt=A mtcosct+0 頻域信號：頻域信號： ccmmMMAtSFS21 調(diào)幅調(diào)幅AM信號信號假設(shè)輸入的基帶信號假設(shè)輸入的基帶信號mt帶直流分量，那么帶直流分量，那么它可以表示為它可以表示為m0與與mt之和，其中，之和，其中， m0是是mt的直流分量，的直流分量，mt是表示音

6、訊變化的交流是表示音訊變化的交流分量。分量。 調(diào)制后的信號：具有載波分量的雙邊帶信號調(diào)制后的信號：具有載波分量的雙邊帶信號AM。2 雙邊帶雙邊帶DSB信號信號假設(shè)輸入的基帶信號沒有直流分量假設(shè)輸入的基帶信號沒有直流分量m0 (或?qū)⒅被驅(qū)⒅绷鞣至恳种频袅鞣至恳种频?，那么調(diào)制得到的輸出信號便是無，那么調(diào)制得到的輸出信號便是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，或稱抑制載波雙邊帶載波分量的雙邊帶調(diào)制信號，或稱抑制載波雙邊帶DSB-SC調(diào)制信號，簡稱調(diào)制信號，簡稱DSB信號。信號。3 單邊帶單邊帶SSB信號信號雙邊帶雙邊帶DSB調(diào)制信號包含有兩個邊帶，即上、調(diào)制信號包含有兩個邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個邊帶

7、包含的信息一樣，因下邊帶。由于這兩個邊帶包含的信息一樣，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋硭妓?，傳輸一個邊帶此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋硭妓?，傳輸一個邊帶就夠了。就夠了。 即所謂單邊帶調(diào)制，就是對即所謂單邊帶調(diào)制，就是對DSB信號用一信號用一個帶通濾波器，只保管濾波產(chǎn)生一個邊帶個帶通濾波器，只保管濾波產(chǎn)生一個邊帶信號的調(diào)制方式。信號的調(diào)制方式。4 殘留邊帶殘留邊帶VSB信號信號殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種線性調(diào)制。它既抑制了雙邊帶調(diào)制信號占一種線性調(diào)制。它既抑制了雙邊帶調(diào)制信號占用頻帶寬的缺陷，又處理了單邊帶信號實(shí)現(xiàn)上用頻帶寬的缺陷，又處理了單邊帶信號實(shí)現(xiàn)上

8、的難題。的難題。二、二、 幅度調(diào)制信號的解調(diào)原理幅度調(diào)制信號的解調(diào)原理對幅度調(diào)制信號，解調(diào)的根本方法有對幅度調(diào)制信號，解調(diào)的根本方法有兩種：一種是包絡(luò)檢波法，一種是相關(guān)解兩種：一種是包絡(luò)檢波法，一種是相關(guān)解調(diào)或稱同步解調(diào)。調(diào)或稱同步解調(diào)。1 包絡(luò)檢波法已調(diào)信號含高頻載波包絡(luò)檢波法已調(diào)信號含高頻載波分量分量 對調(diào)幅對調(diào)幅AM信號，當(dāng)滿足信號，當(dāng)滿足m0mtmax時(shí)，不會發(fā)生過調(diào)制景時(shí)，不會發(fā)生過調(diào)制景象，此時(shí)用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原象，此時(shí)用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始基帶信號始基帶信號mt。2 相關(guān)解調(diào)同步解調(diào)相關(guān)解調(diào)同步解調(diào) 雙邊帶信號不能用包絡(luò)檢波來解調(diào)，可采用以下方法，雙邊帶信號不能

9、用包絡(luò)檢波來解調(diào)，可采用以下方法，將已調(diào)信號將已調(diào)信號SDSBt乘上一個同頻同相的載波，得：乘上一個同頻同相的載波，得：由上式可知，用一個低通濾濾器就可以將第由上式可知，用一個低通濾濾器就可以將第1項(xiàng)與第項(xiàng)與第2項(xiàng)分別，項(xiàng)分別，無失真地恢復(fù)出原始基帶信號無失真地恢復(fù)出原始基帶信號mt。ttmtmttmttScccDSB22cos)(21)(21cos)(cos)( 下面以調(diào)頻為例闡明調(diào)制解調(diào)過程及其信號特征和性能。 設(shè)高頻載波信號為：)cos()(0tUtucc式中， Uc載波信號的振幅， c載波信號的角頻率， 0載波信號的初始相位。 t=c t +0載波的瞬時(shí)相位2.1.2 模擬調(diào)頻與調(diào)相模

10、擬調(diào)頻與調(diào)相當(dāng)用調(diào)制信號去控制高頻載波的相位或頻率，載波的瞬時(shí)相位及瞬時(shí)頻率就會發(fā)生變化，那么被調(diào)制的高頻載波就會攜帶調(diào)制信號信息。 設(shè)調(diào)制信號為um(t), 那么調(diào)頻信號的瞬時(shí)角頻率與輸入信號的關(guān)系為)()(tukdttdmf (2 - 3) dukttmf)()(0(2 - 4) 因此調(diào)頻信號的方式為 mmfffccFMmmtmfccFMUkmtmtUtutUtuduktUtusincos)(cos)()(cos)(0(2 - 5) (2 - 6) (2 - 7) (2 - 8) 為調(diào)制指數(shù)。 將式(2 - 7)展開成級數(shù)得 )2(sin)()2(sin)()(sin)()(sin)(si

11、n)()(22110tmJtmJtmJtmJtmJUtucfcfcfcfcfcFM式中， Jk(mf)為k階第一類貝塞爾函數(shù)： (2 - 9) 02)!( !)2/()1()(jkjfjfkjkjmmJ (2 - 10) 圖 2 - 1 FM信號的頻譜(mf=2) oUcUc / 2cJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)振幅2B 2( mf1) 假設(shè)以90%能量所包括的譜線寬度(以載頻為中心)作為調(diào)頻信號的帶寬， 那么可以證明調(diào)頻信號的帶寬為 B = 2(mf+1)Fm = 2(fm+Fm) (2 - 11) 假設(shè)以99%能量計(jì)算， 那么調(diào)頻信號的帶寬為mffFmmB)

12、1(2(2 - 12)數(shù)字調(diào)制信號，在二進(jìn)制時(shí)有振幅鍵控2ASK、移頻鍵控2FSK和移相鍵控2PSK三種根本信號方式，如圖2-2所示。根據(jù)已調(diào)信號的頻譜構(gòu)造特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。這種把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。2.2 數(shù)字幅度調(diào)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK與數(shù)字頻率調(diào)制與數(shù)字頻率調(diào)制(2FSK)圖2-2 正弦載波的三種鍵控波形一、一、 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控2ASK二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，也是最簡單的，是研討其他各種數(shù)字調(diào)制的根底。也是最簡單的，是研討其他各種數(shù)字

13、調(diào)制的根底。振幅鍵控，記作振幅鍵控，記作ASKAmplitude Shift Keying，或稱為開關(guān)鍵控通斷鍵控，記作或稱為開關(guān)鍵控通斷鍵控，記作OOKOn Off Keying。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作2ASK。1 2ASK的調(diào)制方法的調(diào)制方法普通說來，數(shù)字信號的調(diào)制方法有兩種類型：普通說來，數(shù)字信號的調(diào)制方法有兩種類型：利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號當(dāng)利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號當(dāng)作模擬信號的特殊情況來處置；作模擬信號的特殊情況來處置；利用數(shù)字信號的離散值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字利用數(shù)字信號的離散值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)

14、制。調(diào)制。2 2ASK的解調(diào)方法的解調(diào)方法好像好像AM信號的解調(diào)方法一樣，信號的解調(diào)方法一樣，OOK信號也有兩種根本信號也有兩種根本的解調(diào)方法：非相關(guān)解調(diào)包絡(luò)檢波法和相關(guān)解調(diào)同步的解調(diào)方法：非相關(guān)解調(diào)包絡(luò)檢波法和相關(guān)解調(diào)同步檢測法。檢測法。包絡(luò)檢波法的原理方框圖如圖包絡(luò)檢波法的原理方框圖如圖2-3所示。帶通濾波器恰好所示。帶通濾波器恰好使使2ASK信號完好地經(jīng)過，經(jīng)包絡(luò)檢測后，輸出其包絡(luò)。信號完好地經(jīng)過，經(jīng)包絡(luò)檢測后，輸出其包絡(luò)。圖圖2-3 2ASK信號的包絡(luò)檢波信號的包絡(luò)檢波3 2ASK信號的功率譜及帶寬信號的功率譜及帶寬下面分析二進(jìn)制振幅鍵控信號的頻譜。由于二進(jìn)制振幅下面分析二進(jìn)制振幅鍵控

15、信號的頻譜。由于二進(jìn)制振幅鍵控信號是隨機(jī)的、功率型的信號，故研討頻譜特性時(shí)，應(yīng)鍵控信號是隨機(jī)的、功率型的信號，故研討頻譜特性時(shí)，應(yīng)該討論它的功率譜密度。該討論它的功率譜密度。 由于由于2ASK信號的功率譜密度信號的功率譜密度PEf是相應(yīng)的單極性是相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號功率譜密度數(shù)字基帶信號功率譜密度Psf外形不變地平移至外形不變地平移至fc處構(gòu)處構(gòu)成的，所以成的，所以2ASK信號的功率譜密度由延續(xù)譜和離散譜兩部信號的功率譜密度由延續(xù)譜和離散譜兩部分組成。分組成。 2ASK信號的帶寬B2ASK是單極性數(shù)字基帶信號帶寬fs的兩倍。當(dāng)數(shù)字基帶信號的根本脈沖是矩形不歸零脈沖時(shí)，fs=1/Ts。于是2

16、ASK信號的帶寬為B2ASK=2fs=2/Ts2ASK信號的主要優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，其缺陷是抗干擾才干不強(qiáng)，主要運(yùn)用在低速數(shù)據(jù)傳輸中。二、二、 二進(jìn)制移頻鍵控二進(jìn)制移頻鍵控2FSK數(shù)字頻率調(diào)制又稱移頻鍵控，記作數(shù)字頻率調(diào)制又稱移頻鍵控，記作FSKFrequency Shift Keying，二進(jìn)制移頻鍵控記作，二進(jìn)制移頻鍵控記作2FSK。1 2FSK信號的調(diào)制方法信號的調(diào)制方法前面已提到，前面已提到，2FSK信號可以采用模擬調(diào)頻法和數(shù)字鍵信號可以采用模擬調(diào)頻法和數(shù)字鍵控法來產(chǎn)生?？胤▉懋a(chǎn)生。 模擬調(diào)頻法：用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個振蕩器的某模擬調(diào)頻法：用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個振蕩器的某些參數(shù)例如

17、電容些參數(shù)例如電容C，可直接改動振蕩頻率，使輸出得到，可直接改動振蕩頻率，使輸出得到不同頻率的已調(diào)信號。不同頻率的已調(diào)信號。 數(shù)字鍵控法：它是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，使電數(shù)字鍵控法：它是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開關(guān)，使電子開關(guān)在兩個獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)展轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得子開關(guān)在兩個獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)展轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號。到不同頻率的已調(diào)信號。2 2FSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控信號的解調(diào)方法很多，常采用非相關(guān)檢二進(jìn)制頻移鍵控信號的解調(diào)方法很多，常采用非相關(guān)檢測法包絡(luò)檢測法和相關(guān)檢測法同步檢波法，還有過測法包絡(luò)檢測法和相關(guān)檢測法同步檢波法，還有過零檢測法、差分

18、檢波法等。零檢測法、差分檢波法等。 包絡(luò)檢測法包絡(luò)檢測法2FSK信號的包絡(luò)檢測方框圖及波形圖如圖信號的包絡(luò)檢測方框圖及波形圖如圖2-4所示。用所示。用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為兩個窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為f1及及f2的高頻脈沖，的高頻脈沖，經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)。經(jīng)包絡(luò)檢測后分別取出它們的包絡(luò)。圖圖2-4 2FSK信號包絡(luò)檢波方框圖及波形圖信號包絡(luò)檢波方框圖及波形圖 同步檢波法相關(guān)解調(diào)同步檢波法相關(guān)解調(diào)2FSK信號的同步檢波原理方框圖如圖信號的同步檢波原理方框圖如圖2-5所示。所示。 過零檢測法過零檢測法過零檢測法是一種常用而簡便的解調(diào)方法。過零檢測法是一種常用而簡便的解

19、調(diào)方法。圖圖2-5 2FSK信號同步檢波方框圖信號同步檢波方框圖3 2FSK信號的功率譜及帶寬信號的功率譜及帶寬圖 2 3 FSK信號的功率譜 Ps(f )f0f2 f1f1 fsf1f0f2f2 fsof221ff B2FSK=2fs+|f2-f1|fs= fb，輸入數(shù)據(jù)速率輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度數(shù)據(jù)速率，bTbTbfbfffh1,12h=0.5h=0.7h=1.5定義調(diào)制指數(shù)定義調(diào)制指數(shù)h：B2FSK=2fb+|f2-f1|f1 fsf1f0f2f2 fsfs= fb三、最小移頻鍵控三、最小移頻鍵控MSK最小移頻鍵控是移頻鍵控最小移頻鍵控是移頻鍵控FSK的一種改良的一種改良型，是使型，是使F

20、SK信號相位一直堅(jiān)持延續(xù)變化的一種調(diào)信號相位一直堅(jiān)持延續(xù)變化的一種調(diào)制。制。MSK又稱快速頻移鍵控FFSK，“快速二字指的是這種調(diào)制方式對于給定的頻帶，它能比2FSK傳輸更高速的數(shù)據(jù)；而最小頻移鍵控中的“最小二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)h=0.5獲得正交的調(diào)制信號。1 MSK的原理由以上討論可知，MSK信號具有如下特點(diǎn)： 已調(diào)信號的振幅是恒定的； 信號的頻率偏移嚴(yán)厲地等于1/4Ts，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=1/2； 以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化/2； 在一個碼元期間內(nèi)，信號應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍； 在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)辰信號的相位是延續(xù)的，或者說，信號的波形沒

21、有突跳。2 MSK信號的調(diào)制與解調(diào)方法信號的調(diào)制與解調(diào)方法由于由于cosct+t=costcosctsintsinct. 故故MSK信號也可以看作是由兩個彼此正交的載波信號也可以看作是由兩個彼此正交的載波cosct與與sinct分別被函數(shù)分別被函數(shù)cost與與sint進(jìn)展振幅調(diào)進(jìn)展振幅調(diào)制而合成的。制而合成的。圖 2 - 8 MSK調(diào)制器框圖串/ 并差分編碼TbcosctsinctyMSK(t)TbakdktTb2costTb2sin3 MSK信號的功率譜信號的功率譜圖 2 - 9 MSK信號的功率譜 1.02.03.04.0(f fc)TbMSKQPSK功率譜密度 / dB010203040

22、50600.5 0.75圖 2 - 11 GMSK信號的產(chǎn)生原理 預(yù)調(diào)制濾波器輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)FM調(diào)制器調(diào)制指數(shù)為0.5 MSK信號可由FM調(diào)制器來產(chǎn)生， 由于輸入二進(jìn)制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜， 從而導(dǎo)致已調(diào)信號的帶外衰減較慢。 假設(shè)將輸入信號經(jīng)過濾波以后再送入FM調(diào)制， 必然會改善已調(diào)信號的帶外特性。 GMSK信號就是經(jīng)過在FM調(diào)制器前參與高斯低通濾波器(稱為預(yù)調(diào)制濾波器)而產(chǎn)生的， 如圖 2 - 11 所示。2. 高斯最小移頻鍵控高斯最小移頻鍵控GMSK方式方式圖 2 - 12 高斯濾波器的矩形脈沖呼應(yīng) o0.20.40.60.81.00.70.40.30.250.2Tb2T

23、b Tb2TbtBbTbg(t)圖 2 - 13 GMSK的相位軌跡 0 / 2 / 2(t)MSKGMSKt / Tb12345678圖 2 - 15 GMSK的功率譜密度 02040608010012000.51.01.52.02.5歸一化頻率：( f fc)Tb0.40.30.20.250.161.00.70.5BbTb(MSK)功率譜密度 / dB2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 2.3.1、二進(jìn)制移相鍵控及二進(jìn)制差分相位鍵控、二進(jìn)制移相鍵控及二進(jìn)制差分相位鍵控 2PSK及及2DPSK一、一、 絕對移相和相對移相的概念絕對移相和相對移相的概念 絕對移相絕對移相2PSK二進(jìn)制移相鍵控中，

24、載波的相位隨數(shù)字基帶信號二進(jìn)制移相鍵控中，載波的相位隨數(shù)字基帶信號1或或0而改動。通常用相位而改動。通常用相位0的載波表示數(shù)字信號的載波表示數(shù)字信號“0，用相位，用相位的載波表示數(shù)字信號的載波表示數(shù)字信號“1。 相對移相相對移相2DPSK差分相位鍵控差分相位鍵控2DPSK方式是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息方式是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。的一種方式。由圖由圖2-6可以看出，可以看出，2DPSK的波形與的波形與2PSK的不同，的不同，2DPSK波形的同波形的同一相位并不對應(yīng)一樣的數(shù)字信息符號，而前后碼元相對相位的差才獨(dú)一相位并不對應(yīng)一樣的數(shù)字信息符

25、號，而前后碼元相對相位的差才獨(dú)一決議信息符號。一決議信息符號。絕對移相鍵控與相對絕對移相鍵控與相對(2PSK與與2DPSK)調(diào)制波形調(diào)制波形圖2.6 2PSK與2DPSK)調(diào)制波形如：上如：上2DPSK信號，遇數(shù)字信號信號，遇數(shù)字信號0，載波信號相位不變；遇數(shù)字信號，載波信號相位不變；遇數(shù)字信號1， 載波相位改動。載波相位改動。圖圖2-7 2PSK和和2DPSK調(diào)制方框圖調(diào)制方框圖2.3.2 2PSK和和2DPSK調(diào)制方框圖調(diào)制方框圖1直接調(diào)相法。直接調(diào)相法。環(huán)形調(diào)制器環(huán)形調(diào)制器載波cos(ct)調(diào)制信號an2PSK圖2.2-2 2PSK與2DPSK)調(diào)制原理圖2 相位選擇法相位選擇法振蕩器倒

26、相器倒相器門電路門電路(1)門電路門電路2倒相器倒相器+基帶信號2PSK信號輸出0圖2.2-3 2PSK與2DPSK)調(diào)制波形 圖 2.2 - 4 2PSK的解調(diào)框圖 (a) 相關(guān)解調(diào)； (b) 差分相關(guān)解調(diào)帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(a)cosct帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(b)遲延器Tb2.3.3、2PSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)2.3.4 四相移相鍵控四相移相鍵控(QPSK)調(diào)制和調(diào)制和 正交四相移相鍵控正交四相移相鍵控(OQPSK)調(diào)制調(diào)制 由于4種不同的相位可以代表4種不同的數(shù)字信息，因此，對于輸入的二進(jìn)制數(shù)字序列應(yīng)該先進(jìn)展分組，將每兩個比特編為一

27、組00、01、10、11。 輸入二進(jìn)制單極性碼變?yōu)殡p極性碼：0用-1替代；1用+1替代。 那么：輸入數(shù)字信號變?yōu)樗姆N雙極性信號碼組-1 ，-1；-1，1；1，-1；1，1。 可以分別以0相位，/2，3/2代表不同的碼組。或/4， 3/4， -/4， -3/4. 可以構(gòu)成不同的四相移相鍵控調(diào)制。 QPSK和和OQPSK的產(chǎn)生原理如圖的產(chǎn)生原理如圖 2 .2- 6所示。所示。an串并變換串并變換cos(ct)sin(ct)+-S(t)I支路Q支路串并變換串并變換cos(ct)sin(ct)+-anS(t)TbI支路Q支路圖2.2-6 4PSK與4DPSK)調(diào)制原理 假定輸入二進(jìn)制序列為an, an

28、=1， 那么在kTst(k+1)Ts(Ts=2Tb)的區(qū)間內(nèi)， /4QPSK的產(chǎn)生器的輸出為(令n=2k+1)。如00用-3/4；01用+3/4；11用+/4；10用-/4表示)43cos()43cos()4cos()4cos()(tAtAtAtAtScccc)1)(1()1)(1()1)(1()1)(1(1111nnnnnnnnaaaaaaaa圖 2 .2- 7 QPSK和OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖 (a) QPSK; (b) OQPSK11101Q11011QII(a)(b) 由圖2.2-6(b)可知， OQPSK調(diào)制與QPSK調(diào)制類似， 不同之處是在正交支路引入了一個比特(半個碼元)

29、的時(shí)延， 這使得兩個支路的數(shù)據(jù)不會同時(shí)發(fā)生變化， 因此不能夠像QPSK那樣產(chǎn)生的相位跳變， 而僅能產(chǎn)生/2的相位跳變， 如圖 2.2- 7(b)所示。 因此， OQPSK頻譜旁瓣要低于QPSK信號的旁瓣。2.4 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM) 正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK、 四進(jìn)制的QPSK調(diào)制的進(jìn)一步推行， 經(jīng)過相位和振幅的結(jié)合控制， 可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式， 從而可在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。 正交振幅調(diào)制的普通表達(dá)式為 y(t) = Am cosct+Bm sinct 0tTs QAM中的振幅Am和Bm可以表示成： AeBAdAmmmm (2 - 90)式中， A是固定

30、的振幅， (dm, em)由輸入數(shù)據(jù)確定。 (dm, em)決議了已調(diào)QAM信號在信號空間中的坐標(biāo)位置點(diǎn)。 QAM的調(diào)制和相關(guān)解調(diào)框圖如圖 2 - 41 所示。 在調(diào)制端， 輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串/并變換后分為兩路， 分別經(jīng)過2電平到L電平的變換， 構(gòu)成Am和Bm。 為了抑制已調(diào)信號的帶外輻射， Am和Bm還要經(jīng)過預(yù)調(diào)制低通濾波器， 才分別與相互正交的各路載波相乘。 最后將兩路信號相加就可以得到已調(diào)輸出信號y(t)。 圖 2 - 41 QAM調(diào)制解調(diào)原理框圖 (a) QAM調(diào)制框圖； (b) QAM解調(diào)框圖 2到 L電平變換預(yù)調(diào)制LPFcosctAm2到 L電平變換預(yù)調(diào)制LPFBmsinct已調(diào)信號輸

31、出y(t)串 / 并變換(a)(b)L到 2電平變換多電平判決LPF定時(shí)恢復(fù)L到 2電平變換多電平判決LPF載波恢復(fù)并 / 串變換 在接納端， 輸入信號與本地恢復(fù)的兩個正交載波信號相乘以后， 經(jīng)過低通濾波器、 多電平判決、 L電平到2電平變換， 再經(jīng)過并/串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。 對QAM調(diào)制而言， 如何設(shè)計(jì)QAM信號的構(gòu)造不僅影響到已調(diào)信號的功率譜特性， 而且影響已調(diào)信號的解調(diào)及其性能。 常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么是在信號功率一樣的條件下， 選擇信號空間中信號點(diǎn)之間間隔最大的信號構(gòu)造， 當(dāng)然還要思索解調(diào)的復(fù)雜性。 作為例子， 圖 2 - 42 是在限定信號點(diǎn)數(shù)目M=8, 要求這些信號點(diǎn)僅取兩種振幅值，

32、且信號點(diǎn)之間的最小間隔為2A的條件下， 得到的幾種信號空間構(gòu)造。 在一切信號點(diǎn)等概出現(xiàn)的情況下， 平均發(fā)射信號功率為)(2122mMmmavedMAP (2 - 91) 圖 2 - 42 8QAM的信號空間 (1, 1)(1, 1)(1, 1)(1, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(a)22av6)10424(8AAP2A(1, 1)(C, C)22av83. 6)66.11424(8AAP223C(c)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(b)22av6)8444(8AAP22(1, 1)0 ,31 ( 22a

33、v73. 4)464. 7424(8AAP(d) 圖 2 - 43 方型QAM星座 (a) 4QAM； (b) 16QAM; (c) 64QAM(c)(b)dmem(a)dmememdm圖 2 - 44 M進(jìn)制方型QAM的誤碼率曲線 6 4 20246810121416182022(S / N) / bit) / dB1062510525104251032510225101PMPSKM32QAMM16QAMM64PSKM16QAMPSKM4 為了改善方型QAM的接納性能， 還可以采用星型的QAM星座， 如圖 2 - 45 所示。 將十六進(jìn)制方型QAM和十六進(jìn)制星型QAM進(jìn)展比較， 可以發(fā)現(xiàn)，

34、星型QAM的振幅環(huán)由方型的3個減少為2個， 相位由12種減少為8種， 這將有利于接納端的自動增益控制和載波相位跟蹤。 圖 2 - 45 M進(jìn)制星型QAM的星座圖 (a) 4QAM; (b) 16QAM; (c) 64QAM(a)4QAM(b)16QAM64 星型QAM(c)2.5 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜調(diào)制 2.5.1 擴(kuò)展頻譜通訊的根本概念 擴(kuò)展頻譜(SS， Spread Spectrum)通訊簡稱為擴(kuò)頻通訊。 擴(kuò)頻通訊的定義可簡單表述如下： 擴(kuò)頻通訊技術(shù)是一種信息傳輸和處置技術(shù)。 在發(fā)端先采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，將需求傳輸?shù)恼瓗盘?，變成頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的寬帶信號，以提高信號的抗干擾才干。

35、 在收端采用一樣的擴(kuò)頻碼進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。 擴(kuò)頻調(diào)制，是利用兩個信號之間的正交特性 ，在發(fā)送端先對低速率的輸入信息碼元與高速率的偽隨機(jī)序列，進(jìn)展“異或操作，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻調(diào)制；在接納端，利用一樣的偽隨機(jī)序列對接納的信息碼元進(jìn)展“異或操作，實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)調(diào)制。 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)由于在發(fā)端擴(kuò)展了信號頻譜， 在收端解擴(kuò)后恢復(fù)了所傳信息， 這一處置過程帶來了信噪比上的益處， 即接納機(jī)輸出的信噪比相對于輸入的信噪比大有改善， 從而提高了系統(tǒng)的抗干擾才干。 因此， 可以用系統(tǒng)輸出信噪比與輸入信噪比二者之比來表征擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾才干。 實(shí)際分析闡明， 各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾才干大體上都與擴(kuò)頻信號帶寬B與信息帶寬

36、Bm之比稱為擴(kuò)頻增益Gp成正比。 工程上常以分貝(dB)表示， 即：mpBBGlg10 2.5.2 擴(kuò)頻調(diào)制 1. 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)類型 擴(kuò)頻通訊的普通原理如圖 2.3-1 所示。 在發(fā)端輸入的信息經(jīng)信息調(diào)制構(gòu)成數(shù)字信號， 然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號以展寬信號的頻譜。 展寬以后的信號再對載頻進(jìn)展調(diào)制(如PSK或QPSK、 OQPSK等)， 經(jīng)過射頻功率放大送到天線上發(fā)射出去。 在收端， 從接納天線上收到的寬帶射頻信號， 經(jīng)過輸入電路、 高頻放大器后送入變頻器， 下變頻至中頻， 然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端完全一樣的擴(kuò)頻碼序列去解擴(kuò)， 最后經(jīng)信息解調(diào)， 恢復(fù)成原始信息輸出。圖 2.3

37、-1 擴(kuò)頻通訊原理框圖 信息調(diào)制信息擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器信息解調(diào)信息擴(kuò)頻解調(diào)本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器變頻本地射頻發(fā)生器 由圖 2.3-1 可見， 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)與普通數(shù)字通訊系統(tǒng)相比較， 就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 按照擴(kuò)展頻譜的方式不同， 目前的擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)可分為： 直接序列(DS)擴(kuò)頻、 跳頻(FH)、 跳時(shí)(TH)、 線性調(diào)頻(Chirp)以及上述幾種方式的組合。 下面分別作一些簡要的闡明。 1) 直接序列(DS)擴(kuò)頻 所謂直接序列(DS， Direct Sequency)擴(kuò)頻， 就是直接器具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。 而在收端， 用一樣的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)展解擴(kuò)

38、， 把展寬的擴(kuò)頻信號復(fù)原成原始的信息。 直接序列擴(kuò)頻的原理如圖 2.3-2 所示。 圖 2.3-2 直接序列擴(kuò)展頻譜表示圖 平衡調(diào)制器擴(kuò)頻碼序列輸入fcfcG (f ) 2) 跳頻(FH) 另外一種擴(kuò)展信號頻譜的方式稱為跳頻(FH， Frequency Hopping)。 所謂跳頻， 比較確切的意思是： 用一定碼序列進(jìn)展選擇的多頻率頻移鍵控。 也就是說， 用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)展頻移鍵控調(diào)制， 使載波頻率不斷地跳變， 因此稱為跳頻。 簡單的頻移鍵控如2FSK， 只需兩個頻率， 分別代表傳號和空號。 而跳頻系統(tǒng)那么有幾個、 幾十個甚至上千個頻率， 由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)展選擇控制， 不斷跳變。

39、圖 2.3-3(a)為跳頻的原理表示圖。 圖 2.3-3 跳頻(FS)系統(tǒng) (a) 原理表示圖； (b) 頻率跳變圖案信息調(diào)制器信息頻率合成器擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制器射頻發(fā)生器信息解調(diào)器信息中頻帶通擴(kuò)頻碼發(fā)生器變頻器頻率合成器(a)(b)ff1f2fnfn1 發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。 其輸出頻率根據(jù)碼字的改動而改動， 構(gòu)成了頻率的跳變， 故稱跳頻。 從圖 2.3-3(b)中可以看出， 在頻域上輸出頻譜在一寬頻帶內(nèi)所選擇的某些頻率隨機(jī)地跳變。 在收端， 為了解調(diào)跳頻信號， 需求有與發(fā)端完全一樣的本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器， 使其輸出的跳頻信號能在

40、混頻器中與接納信號差頻出固定的中頻信號， 然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。 從上述作用原理可以看出， 跳頻系統(tǒng)也占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。 3) 跳時(shí)(TH) 與跳頻類似， 跳時(shí)(TH， Time Hopping)是指使發(fā)射信號在時(shí)間軸上跳變。 我們先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。 在一幀內(nèi)哪個時(shí)片發(fā)射信號由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展控制。 因此， 可以把跳時(shí)了解為用一定碼序列進(jìn)展選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。 由于采用了窄很多的時(shí)片去發(fā)送信號， 相對來說， 信號的頻譜也就展寬了。 圖 2.3-4是跳時(shí)系統(tǒng)的原理圖。 圖 2.3-4 跳時(shí)系統(tǒng) (a) 組成框圖； (b) 跳時(shí)圖例信息存儲器(a)通

41、斷開關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相調(diào)制信息存儲器再定時(shí)通斷開關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相解調(diào)(b)1 2 3456784746第一幀第二幀第三幀第四幀 4) 各種混合方式 在上述幾種根本擴(kuò)頻方式的根底上， 可以將其組合起來， 構(gòu)成各種混合方式。 例如FH/DS、 DS/TH、 DS/FH/TH等等。 普通來說， 采用混合方式看起來在技術(shù)上要復(fù)雜一些， 實(shí)現(xiàn)起來也要困難一些。 但是， 不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點(diǎn)是有時(shí)能得到只用其中一種方式得不到的特性。 例如DS/FH系統(tǒng)， 就是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。 其信號的頻譜如圖 2.3-5 所示。 圖 2.3-5 DS/FH混合擴(kuò)頻表示圖 f

42、DSFH2. 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(DS)原理原理 由于由于CDMA挪動通訊采用直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)挪動通訊采用直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(可簡稱直擴(kuò)系統(tǒng)可簡稱直擴(kuò)系統(tǒng))， 因此有必要進(jìn)一步闡明直擴(kuò)因此有必要進(jìn)一步闡明直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成、通訊系統(tǒng)的組成、 任務(wù)原理及其主要特點(diǎn)。任務(wù)原理及其主要特點(diǎn)。 所謂直接序列擴(kuò)頻所謂直接序列擴(kuò)頻(DS)， 就是直接器具有高就是直接器具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號的頻譜。 而而接納端，接納端， 用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)，用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)， 把展把展寬的擴(kuò)頻信號復(fù)原成原始信息。寬的擴(kuò)頻信號復(fù)原成原始信息。 圖圖

43、 2.3-6 示出了直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成框圖。示出了直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成框圖。 圖 2.3-6 直擴(kuò)通訊組成框圖調(diào)相信碼(1)m (t)c (t)(3)功放(5)(6)PN(2)p (t)載波(4)時(shí)鐘前端相關(guān)調(diào)相(7)s1(t)s2(t)本振PN時(shí)鐘中頻濾波(8)解調(diào)(9)輸出信碼s (t)(a)s1(t) 圖 2.3-7 直擴(kuò)通訊系統(tǒng)主要波形或相位00000 0 0 0 000000 0 0 0 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00110 0 0 0110 01111010 01110101TpTb01(b)(1) 信碼m (t)(2) 偽碼p (t)(3) c(t

44、) m (t) p (t)(4) 載波(5) PSK已調(diào)波s1(t)(6) s1(t)相位(7) s2(t)相位(8) 中頻相位(9) 解調(diào)輸出 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 兩個碼元， 其碼元寬度為Tb。 參與擴(kuò)頻調(diào)制器， 圖中為一個模 2 加法器， 擴(kuò)頻碼為一個偽隨機(jī)碼(PN碼)， 記作p(t)。 偽碼的波形如圖 2.3-7中第(2)個波形， 其碼元寬度為Tp， 且取Tb=16 Tp。 通常在DS系統(tǒng)中， 偽碼的速率Rp遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率Rm， 即RpRm， 也就是說， 偽碼的寬度Tp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度， 即TpTb， 這樣才干展寬頻譜。 模 2 加法器

45、運(yùn)算規(guī)那么可用下式表示： )()()(tptmtc(2 - 5) 當(dāng)m(t)與p(t)符號一樣時(shí)， c(t)為 0； 當(dāng)m(t)與p(t)符號不同時(shí)， 那么為 1。 c(t)的波形如圖 2.3-7中的第(3)個波形。 由圖可見， 當(dāng)信碼m(t)為 0 時(shí)， c(t)與p(t)一樣； 而當(dāng)信碼m(t)為 1 時(shí)， 那么c(t)為p(t)取反即是。 顯然， 包含信碼的c(t)其碼元寬度已變成了Tp， 亦即已進(jìn)展了頻譜擴(kuò)展。 其擴(kuò)頻處置增益也可用下式表示pbpTTGlg10(2 - 8) 通常載波頻率較高， 或者說載頻周期Tc較小， 它遠(yuǎn)小于偽碼的周期Tp, 即滿足TcTp。 但圖 2.3-7中(4

46、)示出的載頻波形是Tc=Tp， 這是為了便于看得清楚一些， 否那么要在一個Tp期間內(nèi)畫幾十個甚至幾百個正弦波。 對于PSK來說， 主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號之間的相位關(guān)系。 圖 2.3-7中(5)為已調(diào)波s1(t)的波形。 這里， 當(dāng)c(t)為 1 碼時(shí)， 已調(diào)波與載波取反相； 而當(dāng)c(t)為 0 碼時(shí)， 取同相。 已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 2.3-7中(6)所示。1. 碼序列的相關(guān)性碼序列的相關(guān)性 1) 相關(guān)性概念相關(guān)性概念 前面討論中，前面討論中， 偽隨機(jī)碼在擴(kuò)頻系統(tǒng)或碼分多址偽隨機(jī)碼在擴(kuò)頻系統(tǒng)或碼分多址系統(tǒng)中起著非常重要的作用。系統(tǒng)中起著非常重要的作用。 這是由于這類碼序列這是由于這

47、類碼序列最重要的特性是它具有近似于隨機(jī)信號的性能，最重要的特性是它具有近似于隨機(jī)信號的性能， 也也可以說具有近似于白噪聲的性能。可以說具有近似于白噪聲的性能。 但是，但是， 真正的隨真正的隨機(jī)信號或白噪聲是不能反復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。機(jī)信號或白噪聲是不能反復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。 我們只我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(即碼序列即碼序列)來逼近它的來逼近它的性能，性能， 故稱為偽隨機(jī)碼或故稱為偽隨機(jī)碼或PN碼。碼。 2.5.3 偽隨機(jī)偽隨機(jī)(PN)序列序列 理想的傳輸信息的信號方式應(yīng)是類似白噪聲的隨機(jī)信號， 由于取任何時(shí)間上不同的兩段噪聲來比較都不會完全類似， 假設(shè)能用它們代表兩種

48、信號， 其差別性就最大。 換句話說， 為了實(shí)現(xiàn)選址通訊， 信號間必需正交或準(zhǔn)正交(相互關(guān)性為零或很小)。 所謂正交， 比如兩條直線垂直稱為正交， 又好像一個載頻相位差為 90 的兩個波形也為正交， 用數(shù)學(xué)公式可表示為200cossinttdt(2 - 10) 普通情況下， 在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來表示信號與其本身時(shí)延以后的信號之間的類似性的。 隨機(jī)信號的自相關(guān)函數(shù)的定義為2/2/)()(lim)(TTTadttftfR (2 -11) 圖 2.3-8 隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù) (a) 波形； (b) 自相關(guān)函數(shù)oR)ttf (t)f (t)(a )(b ) 自相關(guān)函數(shù)只用于表征一個信號與延遲后本身

49、信號的類似性， 而兩個不同信號的類似性那么需用相互關(guān)函數(shù)來表征。 相互關(guān)性的概念在碼分多址通訊中尤為重要。 在碼分多址系統(tǒng)中， 不同的用戶應(yīng)選用相互關(guān)性小的信號作為地址碼。 兩個不同信號波形f(t)與g(t)之間的類似性用相互關(guān)函數(shù)表示為：dttgtfTRTTTc)()(1lim)(2/2/(2 15)2) 碼序列的自相關(guān)碼序列的自相關(guān) 采用二進(jìn)制的碼序列， 長度(周期)為P的碼序列x的自相關(guān)函數(shù)Rx()為1( )PxiiiRxx (2 - 99) 歸一化的自相關(guān)函數(shù)那么自相關(guān)系數(shù)x()為：iPiixxxPx11)( (2 - 100) 自相關(guān)系數(shù)值最大不超越 1。 下面經(jīng)過實(shí)例來分析自相關(guān)特

50、性。 圖 2.3-9 所示為四級移位存放器組成的碼序列產(chǎn)生器， 先求出它的碼序列， 然后求出它的相關(guān)系數(shù)。 假設(shè)起始形狀為 1111， 在時(shí)鐘脈沖(CP)作用下， 逐級移位， D3 D4作為D1輸入， 那么n=4碼序列產(chǎn)生過程如表 2 - 3 所示。 圖 2.3-9 n=4 碼序列產(chǎn)生器電路 D4D3D2D1CP輸出表 2 - 3 n=4碼序列產(chǎn)生過程 可見， 該碼序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的序列為： 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 其碼序列的周期P=24-1=15。 下面分析該碼序列的自相關(guān)系數(shù)。 假定原碼序列111100010011010為A， 碼元寬度為Tc， 其波形如圖

51、 2.3-10 所示。 該碼序列右循環(huán)位移 4 比特(即=4Tc)的碼序列101011110001001為B， 那么AB如圖中所示， 即可求得自相關(guān)系數(shù)為-1/15。圖 2.3-10 15 位碼序列0時(shí)的自相關(guān)系數(shù) (a) =4Tc; (b) =Tc 10A115Tc10A115Tc10B110A B1Tc(a)(b)10B110A B1Tctttttt 圖 2.3-10b示出的是該碼序列與右移 1 比特的碼序列， 其自相關(guān)系數(shù)也為 -1/15。 同理， 其他的值，=nTc(n=1, n=2, , n=14)， 自相關(guān)系數(shù)均為 -1/15。 只需=0 時(shí)， 即碼序列A與碼序列B完全一樣， 此時(shí)

52、自相關(guān)系數(shù)到達(dá)最大， 即為 1， 如圖 2.3-11 所示。圖 2.3-11 15 位碼序列=0 時(shí)的自相關(guān)系數(shù) 10A115Tc10B110A Bttt 由圖 2.3-10 和圖 2.3-11 可見， 對于二進(jìn)制序列， 其自相關(guān)系數(shù)也可由下式求得：P為序列長度(周期)PDADADA)( (2 - 20) 其中其中A表示兩個碼序列之間對應(yīng)位一樣位或碼元表示兩個碼序列之間對應(yīng)位一樣位或碼元0的數(shù)目；的數(shù)目； 經(jīng)過右移經(jīng)過右移1位、位、2位位.后的各個序列與基準(zhǔn)序列各對應(yīng)位后的各個序列與基準(zhǔn)序列各對應(yīng)位碼元一樣的數(shù)目。碼元一樣的數(shù)目。 D表示兩個碼序列之間不一樣位或碼元表示兩個碼序列之間不一樣位或

53、碼元1的數(shù)目經(jīng)過的數(shù)目經(jīng)過右移右移1位、位、2位位.后的各個序列與基準(zhǔn)序列各對應(yīng)位碼元不一樣后的各個序列與基準(zhǔn)序列各對應(yīng)位碼元不一樣的數(shù)目。的數(shù)目。 上例基準(zhǔn)序列為上例基準(zhǔn)序列為111100010011010。圖 2.3-12 n=4, P=15碼序列的自相關(guān)系數(shù)曲線 10A115 Tct015105051015位移比特1 / 151a() 兩個不同碼序列之間的相關(guān)性， 用相互關(guān)函數(shù)(或相互關(guān)系數(shù))來表征。 對于二進(jìn)制碼序列， 周期均為P的兩個碼序列x和y， 其相關(guān)函數(shù)稱為相互關(guān)函數(shù)， 記作R(x,y)， 即PiiiyxyxR1),(2 - 102) 其相互關(guān)系數(shù)為： Piiiyxyx1),(

54、2 - 103) 3) 碼序列的相互關(guān)碼序列的相互關(guān) 在碼分多址中， 希望采用相互關(guān)小的碼序列， 理想情況是希望x,y()=0， 即兩個碼序列完全正交。 圖 2.3-13 示出的是碼長為 4 的 4 組正交碼的波形， 它們之中任兩個碼都是正交的。 由于在一個周期中， 兩個碼之間一樣位的與不同位的數(shù)目均相等， 即A=D， 故=0。 圖 2.3 -13 碼長為 4 的 4 組正交碼的波形 1010111111001001 二進(jìn)制的m序列是一種重要的偽隨機(jī)序列， 有優(yōu)良的自相關(guān)特性， 有時(shí)稱為偽噪聲(PN)序列。 “偽的意思是說這種碼是周期性的序列， 易于產(chǎn)生和復(fù)制， 但其隨機(jī)性接近于噪聲或隨機(jī)序列

55、。 m序列在擴(kuò)展頻譜及碼分多址技術(shù)中有著廣泛的運(yùn)用， 并且在m序列根底上還能構(gòu)成其它的碼序列， 因此無論從m序列直接運(yùn)用還是從掌握偽隨機(jī)序列根本實(shí)際而言， 必需熟習(xí)m序列的產(chǎn)生及其主要特性。2. m序列序列 1) m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生 (1) m序列的含義。序列的含義。 m序列是最長線性移位存放器序列的簡稱。序列是最長線性移位存放器序列的簡稱。 顧顧名思義，名思義， m序列是由多級移位存放器或其延遲元件序列是由多級移位存放器或其延遲元件經(jīng)過線性反響產(chǎn)生的最長的碼序列。經(jīng)過線性反響產(chǎn)生的最長的碼序列。 在二進(jìn)制移位存放器中，在二進(jìn)制移位存放器中， 假設(shè)假設(shè)n為移位存放器為移位存放器的級數(shù)，的級

56、數(shù)， n級移位存放器共有級移位存放器共有 2n個形狀，個形狀， 除去全除去全 0 形狀外還剩下形狀外還剩下 2n-1 種形狀，種形狀， 因此它能產(chǎn)生的最大因此它能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為長度的碼序列為 2n-1 位。因此，序列的反復(fù)周期為位。因此，序列的反復(fù)周期為P=2n-1. 產(chǎn)生產(chǎn)生m序列的線性反響移位存放器稱作最長序列的線性反響移位存放器稱作最長線性移位存放器。線性移位存放器。 產(chǎn)生m序列的移位存放器的電路構(gòu)造， 其反響線銜接不是隨意的， m序列的周期P也不能取恣意值， 而必需滿足 P=2n-1 (2 - 104) 式中， n是移位存放器的級數(shù)。 (2) m序列產(chǎn)生原理。 圖 2.3-1

57、4 示出的是由n級移位存放器構(gòu)成的碼序列發(fā)生器。 存放器的形狀決議于時(shí)鐘控制下輸入的信息(“0或“1)， 例如第i級移位存放器形狀決議于前一時(shí)鐘脈沖后的第i-1 級移位存放器的形狀。圖 2.3-14 n級循環(huán)序列發(fā)生器的模型DnD3D2D1時(shí)鐘輸出Cn1C2C1Cn1C01 圖中C0， C1， ， Cn均為反響線， 其中C0=Cn=1， 表示反響銜接。 由于m序列是由循環(huán)序列發(fā)生器產(chǎn)生的， 因此C0和Cn一定為 1， 即參與反響。 而反響系數(shù)C1， C2， ， Cn-1 假設(shè)為 1， 參與反響； 假設(shè)為 0， 那么表示斷開反響線， 即開路， 無反響連線。 一個線性反響移位存放器能否產(chǎn)生m序列，

58、 決議于它的反響系數(shù)Ci(C0， C1， ， Cn 的總稱)。 表 2 - 4 示出了部分m序列的反響系數(shù)Ci。表 2 - 4 部分m序列反響系數(shù)表 反響系數(shù)Ci是以八進(jìn)制表示的。 運(yùn)用該表時(shí)， 首先將每位八進(jìn)制數(shù)寫成二進(jìn)制方式。最左邊的 1 就是C0(C0恒為 1)， 從此向右， 依次用二進(jìn)制數(shù)表示C1， C2， ， Cn。 有了 C1， C2， 值后， 就可構(gòu)成m序列發(fā)生器。 例如， 表中 n=5， 反響系數(shù)Ci=(45)8， 將它化成二進(jìn)制數(shù)為 100101， 即相應(yīng)的反響系數(shù)依次為 C0=1， C1=0， C2=0， C3=1， C4=0， C5=1。根據(jù)上面的反響系數(shù)， 畫出n=5

59、的m序列發(fā)生器的電路原理圖如圖 2.3-15所示。圖 2.3-15 n=5, Ci=(45)8的m序列發(fā)生器原理圖 D4D3D2D1輸出D5C51C40C31C20C10C01 根據(jù)圖 2.3-15所示電路， 假設(shè)一種移位存放器的形狀， 即可產(chǎn)生相應(yīng)的碼序列， 其周期P=2n-1=25-1=31。 表 2 - 5 略為n=5, Ci=(45)8的m序列發(fā)生器各級變化形狀， 初始形狀為 00001。 可見， 碼序列周期長度P=25-1=31。 上面假設(shè)一種初始形狀， 假設(shè)反響邏輯關(guān)系不變， 換另一種初始形狀， 那么產(chǎn)生的序列仍為m序列， 只是起始位置不同而已。 表 2 - 6 示出了幾種不同初始

60、形狀下輸出的序列。 表 2 - 6 Ci=45 不同初始形狀下的輸出序列 由表 2 - 6 可知， 初始形狀不同， 輸出序列初始位置就不同。 例如初始形狀“10000的輸出序列是初始形狀 “00001輸出序列循環(huán)右移一位而已。 值得指出的是， 移位存放器級數(shù)(n)一樣， 反響邏輯不同， 產(chǎn)生的m序列就不同。 例如， 5 級移位存放器(n=5)、 周期為P=25-1=31 的m序列， 其反響系數(shù)Ci可分別為(45)8、 (67)8和(75)8， 其產(chǎn)生的不同m序列如表 2 - 7 所示。 表 2 - 7 5 級移位存放器的不同反響系數(shù)的m序列 2) m序列的特性序列的特性 m序列是一種隨機(jī)序列，