第2章 調(diào)制解調(diào)數(shù)字移動(dòng)通信

1、第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1第第2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt2v2.1 概 述v2.2 數(shù)字頻率調(diào)制q2.2.1 移頻鍵控調(diào)制(FSK) q2.2.2 最小移頻鍵控(MSK) q2.2.3 高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)q2.2.4 高斯濾波的移頻鍵控(GFSK) v2.3 數(shù)字相位調(diào)制 q2.3.1 移相鍵控調(diào)制(PSK:Phase Shift Keying)q2.3.2 四相相移鍵控調(diào)制(QPSK)和交錯(cuò)四相相移鍵控調(diào)制(OQPSK) q2.3.3 /4-DQPSK(正交差分相移鍵控)調(diào)制:v2.

2、4 正交振幅調(diào)制(QAM)v2.5 擴(kuò)展頻譜調(diào)制v2.6 正交頻分復(fù)用第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt32.1 概 述 v調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)母哳l信號(hào)。 q該信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。q 調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端。 q在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)， 該過程稱為解調(diào)。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt4v按照調(diào)制器輸入信號(hào)的形式， 調(diào)制可分為模擬調(diào)制(或連續(xù)調(diào)制)和數(shù)字調(diào)制。 q模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)制(或改變)載波(正弦波)的振幅、 頻率或相位， 從而得到調(diào)幅(AM)、 調(diào)頻(FM

3、)或調(diào)相(PM)信號(hào)。q數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號(hào)來控制載波的振幅、 頻率或相位。 常用的數(shù)字調(diào)制有： 移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)等。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt5v移動(dòng)通信信道的基本特征是：q第一， 帶寬有限， 它取決于使用的頻率資源和信道的傳播特性； q第二， 干擾和噪聲影響大， 這主要是移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的； q第三， 存在著多徑衰落。 v 研究調(diào)制解調(diào)技術(shù)的主要內(nèi)容可以概括為：研究調(diào)制解調(diào)技術(shù)的主要內(nèi)容可以概括為：q調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法；調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法；q已調(diào)信號(hào)的頻譜特性；已調(diào)信號(hào)的頻譜特性；q解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法；解調(diào)的原

4、理和實(shí)現(xiàn)方法；q解調(diào)后的信噪比或誤碼率性能等。解調(diào)后的信噪比或誤碼率性能等。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt6v下面以調(diào)頻信號(hào)為例說明調(diào)制解調(diào)的過程及其信號(hào)特征和性能。v設(shè)載波信號(hào)為)cos()(0tUtucc (2 - 1) 式中， Uc載波信號(hào)的振幅， c載波信號(hào)的角頻率， 0載波信號(hào)的初始相位。調(diào)頻和調(diào)相喜好可以寫成下列一般形式：調(diào)頻和調(diào)相喜好可以寫成下列一般形式：)(cos()(ttUtucc (2 - 2) 式中， (t)為載波的瞬時(shí)相位。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt7v 設(shè)調(diào)制信號(hào)為um(t), 則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與輸

5、入信號(hào)的關(guān)系為)()(tukdttdmf (2 - 3) dukttmf)()(0(2 - 4) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt8v因而調(diào)頻信號(hào)的形式為 mmfffccFMmmtmfccFMUkmtmtUtutUtuduktUtusincos)(cos)()(cos)(0(2 - 5) (2 - 6) (2 - 7) (2 - 8) 為調(diào)制指數(shù)。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt9v將式(2 - 7)展開成級(jí)數(shù)得 )2(sin)()2(sin)()(sin)()(sin)(sin)()(22110tmJtmJtmJtmJtmJUtucf

6、cfcfcfcfcFM式中， Jk(mf)為k階第一類貝塞爾函數(shù)： (2 - 9) 02)!( !)2/() 1()(jkjfjfkjkjmmJ (2 - 10) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt10v圖 2 - 1 FM信號(hào)的頻譜(mf=2) oUcUc / 2cJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)振幅2B2( mf1)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt11v 若以90%能量所包括的譜線寬度(以載頻為中心)作為調(diào)頻信號(hào)的帶寬， 則可以證明調(diào)頻信號(hào)的帶寬為 B = 2(mf+1)Fm = 2(fm+Fm) (2 -

7、11) 若以99%能量計(jì)算， 則調(diào)頻信號(hào)的帶寬為mffFmmB)1 (2(2 - 12)/2 ,mmfmFfmF 其中，第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt12v在接收端， 輸入的高斯白噪聲(其雙邊功率譜密度為N0/2)和信號(hào)一起通過帶寬B=2(mf+1)Fm的前置放大器， 經(jīng)限幅后送入到鑒頻器， 再經(jīng)低通濾波后得到所需的信號(hào)。 在限幅器前， 信號(hào)加噪聲可表示為 r(t) =uFM(t)+n(t) =Uc cosct+(t)+xc(t) cos(ct)-yc(t) sin(ct) =Uc cosct+(t)+V(t) cosct+(t) =Uc(t) cos(t) (2

8、 - 13)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt13v式中， Uc(t)經(jīng)限幅器限幅后將為一常量，而)()(cos)()()(sin)(arctan)()(tttVUtttVtttcc (2 - 14) 在大信噪比情況下， 即UcV(t), 有ccccUtyttttUtVttt)()()()(sin)()()( (2 - 15) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt14v鑒頻器的輸出為 dttdyUtukdttdyUdttddttdtucmfccout)(1)()(1)()()( (2 - 16) 式中， 第一項(xiàng)為信號(hào)項(xiàng)， 第二項(xiàng)為噪聲項(xiàng)。 第第

9、2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt15v經(jīng)過低通濾波后， 信號(hào)的功率為)(21)(2222tuktukSmfmfout(2 - 17) 噪聲的功率為 230022321ccoutUNdNUN(2 - 18) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt16v從而得輸出信噪比為 mcfcmfoutoutFNUmUNUkNS022230222/233/2/ (2 - 19) 因?yàn)檩斎胄旁氡葹?mcfmfccininFNUmFmNUBNUNS0202022/) 1(21) 1(22/2221(2 - 20) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理

10、ppt17v所以經(jīng)過鑒頻器解調(diào)后， 信噪比的增益為) 1(3/2ffininoutoutmmNSNSG (2 - 21) 但在小信噪比情況下， 即Uc01或0011時(shí)，會(huì)產(chǎn)生180o的載波相位跳變，這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，從而引起頻譜擴(kuò)展。為消除180o的相位跳變?cè)赒PSK基礎(chǔ)上提出了OQPSK（交錯(cuò)四相相移鍵控）調(diào)制方式。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt87二、OQPSK信號(hào)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt88第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt89第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt9

11、0vOQPSK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(gè)比特(半個(gè)碼元)的時(shí)延， 這使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化， 因而不可能像QPSK那樣產(chǎn)生的相位跳變， 而僅能產(chǎn)生/2的相位跳變。 因此， OQPSK頻譜旁瓣要低于QPSK信號(hào)的旁瓣。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt91OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt92v正交相移鍵控（QPSK ）q正交相移鍵控原理q相鄰碼元最大相位差可達(dá)180s(t)Ota1a2a3a5a7a4a6a8第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt93

12、v偏置正交相移鍵控（OQPSK ）q偏置正交相移鍵控原理q相鄰碼元最大相位差可達(dá)90s(t)Ota1a2a3a5a7a4a6a8第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt94第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt95QPSK, OQPSK, MSK的功率譜密度的功率譜密度 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt962.3.3 /4-DQPSK(正交差分相移鍵控)調(diào)制調(diào)制:v/4-DQPSK是對(duì)QPSK信號(hào)特性的進(jìn)行改進(jìn)的一種調(diào)制方式。u改進(jìn)之一是將QPSK的最大相位跳變,降為3/4,從而改善了/4-DQPSK的頻譜特性。u改進(jìn)之二是

13、解調(diào)方式。 QPSK只能用相干解調(diào)，而/4-DQPSK既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)。v已應(yīng)用于IS-136、PDC和PACS系統(tǒng)中。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt97設(shè)已調(diào)信號(hào) cos)(kckttS式中，k為kTst(k+1)Ts之間的附加相位。上式可展開成 kckcktttSsinsincoscos)(當(dāng)前碼元的附加相位k是前一碼元附加相位k-1與當(dāng)前碼元相位跳變量k之和，即 kkk1kkkkkkkkkkkkkkkkVUsincoscossin)sin(sinsinsincoscos)cos(cos111111第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25

14、/2022整理ppt98其中，sink-1=Vk-1, cosk-1=Uk-1，上面兩式可改寫為： kkkkkkkkkkUVVVUUsincossincos1111表 2 - 2 /4-DQPSK的相位跳變規(guī)則 SI , SQ與與k的對(duì)應(yīng)關(guān)系表的對(duì)應(yīng)關(guān)系表SISQ第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt99LPFLPF放大差分相位編碼UkVk串/并變換輸入數(shù)據(jù)/4-DPSK信號(hào)2-26cos ctsinctSISQ圖 2 - 26 /4-DQPSK信號(hào)的產(chǎn)生第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt100圖 2 - 27 /4-DQPSK的相位關(guān)系 (1,

15、 0)(1, 0)I(0, 1)(0, 1)oQ)2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 (第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt101 為了使已調(diào)信號(hào)功率譜更加平滑，對(duì)圖2-26中的低通濾波器的特性應(yīng)有一定的要求。 美國(guó)的IS-136數(shù)字蜂窩網(wǎng)中，規(guī)定這種濾波器應(yīng)具有線性相位和平方根升余弦的頻率響應(yīng)，其傳輸函數(shù)為：02) 12(sin1211)(afTfGsssssTfTfTTf212121210式中，為滾降因子。 在IS-136中，取=0.35。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt102 設(shè)該濾波器

16、的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為g(t)，那么最后形成的/4-DQPSK信號(hào)可以表達(dá)為 tkTtgtkTtgtSckkskckssinsin)(coscos)()(第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt103v多進(jìn)制移相鍵控調(diào)制信號(hào)點(diǎn)之間的最小距離隨著進(jìn)制數(shù)M的增加而減小，使得相應(yīng)的信號(hào)判決區(qū)域隨之減小，信號(hào)容易受到噪聲和干擾的影響，接收信號(hào)錯(cuò)誤概率隨之增大。44)cos()(ncsnntnTtgAtsv為了在保持多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的頻譜利用率的同時(shí)，提高接收信號(hào)可靠性能，可以采用振幅相位聯(lián)合鍵控(APK),也被稱為正交振幅調(diào)制(QAM)。2.4 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM)第第2

17、 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt10416進(jìn)制正交振幅調(diào)制(16QAM)v正交振幅調(diào)制是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。 )sin(),cos(sincos)(nsnnQnsnnIcQcInTtgAtmnTtgAtmttmttmtsAAdA47. 03224cos33AA16AAd39. 016sin2v16QAM信號(hào)星座圖相鄰信號(hào)點(diǎn)之間具有比16PSK更大的距離。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt105v假設(shè)已調(diào)信號(hào)的最大幅度為1，不難算出MPSK時(shí)星座圖上信號(hào)點(diǎn)的最小距離為：vMQAM時(shí)，若星座圖為矩形，

18、則最小距離為：v當(dāng)M=4時(shí)， ； 4PSK與 4QAM的星座圖相同。v當(dāng)M4時(shí)，例如M=16，則可算出 這說明16QAM的抗干擾能力優(yōu)于16PSK。 )sin(2MdMPSK1212MLdMQAMQAMPSKdd4439. 016PSKd47. 016QAMd第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt106 對(duì)于方型QAM來說，它可以看成是兩個(gè)脈沖振幅調(diào)制信號(hào)之和，因此利用脈沖振幅調(diào)制的分析結(jié)果， 可以得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為 bbMkMerfcMkMerfcMP) 1(2311211) 1(23112式中, k為每個(gè)碼元內(nèi)的比特?cái)?shù)，k=lb M(lb=log2),b為每比

19、特的平均信噪比。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt107圖4-44 M進(jìn)制方型QAM的誤碼率曲線 6 4 2 0246810 12 14 16 18 20 22(S / N) / bit) / dB1062510525104251032510225101PMPSKM32QAMM16QAMM64PSKM16QAMPSKM4第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt108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)對(duì)比16進(jìn)制方形QAM星座相

20、，16進(jìn)制星型QAM星座的振幅環(huán)由方型的3個(gè)減少為2個(gè)，相位由12種減少為8種，這有利于接收端的自動(dòng)增益控制和載波相位跟蹤。3A第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1092.5 擴(kuò)展頻譜調(diào)制2.5.1 擴(kuò)展頻譜通信的基本概念 v擴(kuò)展頻譜(SS，Spread Spectrum)通信簡(jiǎn)稱為擴(kuò)頻通信。v擴(kuò)頻通信的定義可簡(jiǎn)單表述如下：q擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式q在發(fā)端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的帶寬q在收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt110l為什么要擴(kuò)頻q擴(kuò)頻是利用

21、帶寬大大擴(kuò)展達(dá)到抗干擾的目的lShannon 關(guān)于信道容量的公式：在有噪聲干擾條件下，有信道容量 或其中： B 信道帶寬(HZ) S 信號(hào)平均功率(W) N 噪聲平均功率(W)，N0白噪聲單邊功率譜公式說明：信道帶寬可以和信噪比互相交換，保持C不變。擴(kuò)頻技術(shù)就是實(shí)施這種交換的有效方法。sbitBNSBCsbitNSBC0221log1log第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1111）信號(hào)帶寬未擴(kuò)頻前的信號(hào)帶寬q信息理論指出，為了抗干擾，信號(hào)的波形應(yīng)和噪聲類似，有盡可能大的帶寬。2）擴(kuò)頻過程與被傳輸?shù)男畔⑹仟?dú)立的。3）擴(kuò)頻過程是收方知道的。擴(kuò)頻信號(hào)特點(diǎn)擴(kuò)頻信號(hào)特點(diǎn)第第2

22、 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1122.5.2 擴(kuò)頻調(diào)制1. 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)類型 擴(kuò)頻通信的一般原理如圖 :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)生器圖 2 - 46 擴(kuò)頻通信原理框圖 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt113v擴(kuò)頻通信系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的抗干擾能力；v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)的抗干擾能力；v理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力大體上都與擴(kuò)頻信號(hào)帶寬B與信息帶寬Bm之比成正比。工程上常以分貝(dB)表示， 即mpBBGlg10(2 - 93) G

23、p:擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt114分為：v直接序列(DS)擴(kuò)頻v跳頻(FH)v跳時(shí)(TH)v線性調(diào)頻(Chirp)v以及上述幾種方式的組合。(如：DS/FH、DS/TH、DS/FH/TH等)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt115v1) 直接序列(DS,Direct Sequency)擴(kuò)頻q直接用具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在收端，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。q直接序列擴(kuò)頻的原理如圖 2- 47所示。 平衡調(diào)制器擴(kuò)頻碼序列輸入fcfcG(f )第第2 2章章

24、調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1162) 跳頻(FH ，F(xiàn)requency Hopping)q用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，因此稱為跳頻。qFSK & FH 簡(jiǎn)單的頻移鍵控如2FSK，只有兩個(gè)頻率，分別代表傳號(hào)和空號(hào)。而跳頻系統(tǒng)則有幾個(gè)、幾十個(gè)甚至上千個(gè)頻率，由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)行選擇控制，不斷跳變。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt117 The narrowband signal is “hopping” over different carrier frequ

25、encies based on the PN sequence.Frequency-Hoping第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt118 圖 2 - 48 跳頻(FS)系統(tǒng) (a) 原理示意圖； (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第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt119v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。v在收端，為了解調(diào)跳頻信號(hào)，需要有與發(fā)端完全相同的本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器，使其輸出

26、的跳頻信號(hào)能在混頻器中與接收信號(hào)差頻出固定的中頻信號(hào)，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。v跳頻信號(hào)的帶寬信息帶寬。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1203) 跳時(shí)(TH，Time Hopping)q指使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。q先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行控制。q可以把跳時(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。q由于采用了窄很多的時(shí)片去發(fā)送信號(hào)，相對(duì)來說，信號(hào)的頻譜也就展寬了。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt121 圖 2 - 49 跳時(shí)系統(tǒng) (a) 組成框圖； (b) 跳時(shí)圖例

27、信息存儲(chǔ)器(a)通斷開關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相調(diào)制信息存儲(chǔ)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 34 56784746第一幀第二幀第三幀 第四幀第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1224) 各種混合方式vFH/DS、DS/TH、DS/FH/TH等等；v實(shí)現(xiàn)較困難 fDSFH圖 2 - 50 DS/FH混合擴(kuò)頻示意圖 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1232. 直接序列擴(kuò)頻(DS)原理PN碼：偽隨機(jī)（碼：偽隨機(jī)（Pseudo Random Noise）碼，速率信息速率）碼，速率信息速率第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25

28、/2022整理ppt124直接序列擴(kuò)頻原理直接序列擴(kuò)頻原理 (3)擴(kuò)頻擴(kuò)頻c(t) (1)信碼信碼m(t)1Tb0 （4）偽碼）偽碼p(t)Tp（5）接收端輸出）接收端輸出10+11Tp (2)偽碼偽碼p(t)+1-1第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt125v擴(kuò)頻處理增益擴(kuò)頻處理增益 v在在Tb一定的情況下，若偽碼速率越高，亦即偽碼寬度（碼片一定的情況下，若偽碼速率越高，亦即偽碼寬度（碼片寬度）寬度）Tp越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。越窄，則擴(kuò)頻處理增益越大。vGp越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。10 lgbppTGT第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/2

29、5/2022整理ppt126v發(fā)送端輸入信息碼元m(t),它是二進(jìn)制數(shù)據(jù),其碼元寬度為Tb；v擴(kuò)頻調(diào)制器(可以通過一個(gè)模2加法器實(shí)現(xiàn)),擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼(PN碼),記作p(t),其碼元寬度為Tp；v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,這樣才能展寬頻譜。v模2加法器運(yùn)算規(guī)則可用下式表示：)()()(tptmtc第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt127v碼元運(yùn)算碼元運(yùn)算q兩組序列的組合兩組序列的組合,可用?？捎媚?加實(shí)現(xiàn)加實(shí)現(xiàn),即邏輯異或即邏輯異或.q負(fù)邏輯負(fù)邏輯: 0用用 +1 表

30、示表示, 1 用用-1表示表示q采用負(fù)邏輯關(guān)系時(shí)采用負(fù)邏輯關(guān)系時(shí),序列的模序列的模2加與波形相乘是等效的加與波形相乘是等效的.q例例: m1:0010100 m2:0101101 0111001000( 1)( 1)1110( 1)( 1)1101( 1)( 1)1011( 1)( 1)1 信號(hào)脈沖干擾白噪聲解擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜解擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜S（f）f0信號(hào)干擾噪聲fS（f）信號(hào)干擾噪聲白噪聲白噪聲f0S(f)擴(kuò)頻前的信號(hào)頻譜信號(hào)fS（f）f0擴(kuò)頻后的信號(hào)頻譜信號(hào)f0f0第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt129 2.5.3 偽隨機(jī)(PN)序列 1. 碼序列的相關(guān)性

31、1) 相關(guān)性概念v偽隨機(jī)碼具有近似于隨機(jī)信號(hào)的性能，也可以說具有近似于白噪聲的性能。v為什么要選用隨機(jī)信號(hào)或噪聲性能的信號(hào)來傳輸信息呢？第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt130q許多理論研究表明，在信息傳輸中各種信號(hào)之間的差別性能越大越好。q這樣任意兩個(gè)信號(hào)不容易混淆，也就是說，相互之間不易發(fā)生干擾，不會(huì)發(fā)生誤判。q理想的傳輸信息的信號(hào)形式應(yīng)是類似噪聲的隨機(jī)信號(hào)，因?yàn)槿∪魏螘r(shí)間上不同的兩段噪聲來比較都不會(huì)完全相似。用它們代表兩種信號(hào)，其差別性就最大。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt131v但真正的隨機(jī)信號(hào)或白噪聲是不能重復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。v我

32、們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)(即碼序列)來逼近它的性能，故稱為偽隨機(jī)碼或PN (Pseudo-Noise)碼。v在通信理論中,已知白噪聲是一種隨機(jī)過程,其瞬時(shí)值服從正態(tài)分布,其功率在極寬范圍內(nèi)是均勻的.第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt132v為了實(shí)現(xiàn)選址通信，信號(hào)間必須正交或準(zhǔn)正交(互相關(guān)性為零或很小)。v所謂正交，比如兩條直線垂直稱為正交，又如同一個(gè)載頻相位差為90的兩個(gè)波形也為正交，用數(shù)學(xué)公式可表示為v在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來表示信號(hào)與其自身時(shí)延以后的信號(hào)之間的相似性的。 v隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的定義為200cossinttdt2/2/)()(lim)(TTT

33、adttftfR第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt133圖 2 - 52 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)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt134v兩個(gè)不同信號(hào)的相似性則需用互相關(guān)函數(shù)來表征。v在碼分多址系統(tǒng)中，不同的用戶應(yīng)選用互相關(guān)性小的信號(hào)作為地址碼。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)表示為dttgtfTRTTTc)()(1lim)(2/2/第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1352) 碼序列的自相關(guān) 采用二進(jìn)制的碼序列，長(zhǎng)

34、度長(zhǎng)度(周期周期)為為P的碼序列x的自自相關(guān)函數(shù)相關(guān)函數(shù)Rx()為PiiixxxR1)(自相關(guān)系數(shù)自相關(guān)系數(shù)x()為11( )Pxiiix xP 自相關(guān)系數(shù)值最大不超過 1。 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt136v下圖所示為四級(jí)移位寄存器組成的碼序列產(chǎn)生器，先求出它的碼序列，然后求出它的相關(guān)系數(shù)。v假設(shè)起始狀態(tài)為1111，在時(shí)鐘脈沖(CP)作用下，逐級(jí)移位，D3 D4作為D1輸入D4D3D2D1CP輸出n=4 碼序列產(chǎn)生器電路圖第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt137表 2 - 3 n=4碼序列產(chǎn)生過程第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/

35、25/2022整理ppt138v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 0v其碼序列的周期P=24-1=15。 v假定原碼序列為A，碼元寬度為Tc，其波形如下圖所示，現(xiàn)考慮其相關(guān)性:第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt139v例例:0( )111( )1514( )151(1, 2,., 14)( )15aaaan n 時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，二元碼序列1111為碼長(zhǎng)為15位的PN碼。如果用1,-1脈沖分別表示“0”和“1”。求出自相關(guān)系數(shù)如上圖。峰值在0時(shí)出現(xiàn)，而其它延遲時(shí)，自相關(guān)函數(shù)值為-1/15,即碼位周期長(zhǎng)的倒數(shù)取負(fù)值。

36、即自相關(guān)系數(shù)在1范圍內(nèi)呈三角形。當(dāng)碼周期越長(zhǎng)時(shí)，它就越近似于理想隨機(jī)噪聲的自相關(guān)特性。11( )PaiiixxP0-55-1/151( )a位移比特位移比特第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt140圖2-56 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()第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt141v其自相關(guān)系數(shù)也可由下式求得 PDADADA)(式中：A是相對(duì)應(yīng)碼元相同的數(shù)目 D是相對(duì)應(yīng)碼元不同的數(shù)目 P是碼序列周期長(zhǎng)度第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1

37、423) 碼序列的互相關(guān)碼序列的互相關(guān) v表征兩個(gè)不同碼序列之間的相關(guān)性。v二進(jìn)制碼序列x和y(周期均為P)，互相關(guān)函數(shù)R(x,y):PiiiyxyxR1),(其互相關(guān)系數(shù)為 PyxyxPiii1),(第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt143v在CDMA系統(tǒng)中，希望采用互相關(guān)小的碼序列，理想情況是希望x,y()=0，即兩個(gè)碼序列完全正交。v下圖示出的是碼長(zhǎng)為4的4組正交碼的波形，它們之中任兩個(gè)碼都是正交的，即=0 。 1010111111001001第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt144 2. m序列序列 v 二進(jìn)制的m序列是一種重要的偽隨

38、機(jī)序列。q“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。v有優(yōu)良的自相關(guān)特性，有時(shí)稱為偽噪聲(PN)序列。v在擴(kuò)展頻譜及碼分多址技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，并且在此基礎(chǔ)上還能構(gòu)成其它的碼序列。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1451) 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。 v是最長(zhǎng)線性移位寄存器序列最長(zhǎng)線性移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱。v組成q移位寄存器q模2加法器q反饋延遲線v序列周期 P=2n-1, n為移位寄存器級(jí)數(shù)v需要有全0檢測(cè)電路和啟動(dòng)電路,避免進(jìn)入全0狀態(tài)vCDMA采用n=15 的短碼序列和n=42的長(zhǎng)碼

39、序列第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt146v產(chǎn)生m序列的移位寄存器的電路結(jié)構(gòu)， 其反饋線連接不是隨意的，周期P也不能取任意值，而必須滿足P=2n-1,n是移位寄存器的級(jí)數(shù)v例:D1D2D3時(shí)鐘脈沖輸出初始狀態(tài)為000時(shí),狀態(tài)無法轉(zhuǎn)移,不會(huì)產(chǎn)生碼序列D1D2D3輸出1111011100111000010010111100111第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt147 (2) m序列產(chǎn)生原理。v組成q移位寄存器q模2加法器q反饋延遲線第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt148圖2-58 n級(jí)循環(huán)序列發(fā)生器的模型DnD3D

40、2D1時(shí)鐘輸出Cn1C2C1Cn1C01第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt149v反饋線C0=Cn=1，表示反饋連接。v反饋系數(shù)C1，C2，Cn-1若為1，參與反饋；若為0，則表示斷開反饋線，即開路，無反饋連線。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt150v反饋系數(shù)Ci是以八進(jìn)制表示的。q例如，n=5，反饋系數(shù)Ci=(45)8，將它化成二進(jìn)制數(shù)為100101，即: C0=1，C1=0，C2=0，C3=1，C4=0，C5=1。D4D3D2D1輸出D5C51C40C31C20C10C01圖2-59 n=5, Ci=(45)8的m序列發(fā)生器原理圖 第第

41、2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt151v移位寄存器的反饋邏輯決定是否產(chǎn)生移位寄存器的反饋邏輯決定是否產(chǎn)生m序列序列v起始狀態(tài)決定起始狀態(tài)決定m序列的起始點(diǎn)序列的起始點(diǎn)v不同的反饋線產(chǎn)生不同的碼序列不同的反饋線產(chǎn)生不同的碼序列第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt152v移位寄存器的反饋邏輯決定是否產(chǎn)生移位寄存器的反饋邏輯決定是否產(chǎn)生m序列序列 即m序列反饋開關(guān)系數(shù) 的值不是隨意取的，它們必須滿足一定的理論關(guān)系。v例：對(duì)于三級(jí)移位寄存器組成的電路，q如果反饋開關(guān)系數(shù)?。?,1,1,1）,電路的輸出不是 m序列，當(dāng)初始狀態(tài)處于111時(shí)，該電路輸出總是1

42、；當(dāng)初始狀態(tài)處于100時(shí)，該電路輸出是 00110，都不是 m序列。 v表2-4示出了部分m序列的反饋系數(shù)Ci。nCCC,101D2D3D:輸出第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt153表2-4 部分m序列反饋系數(shù)表 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt154v起始狀態(tài)決定起始狀態(tài)決定m序列的起始點(diǎn)序列的起始點(diǎn) Ci=45,不同初始狀態(tài)下的輸出序列初始狀態(tài)輸出序列000011101110101111111111110010000101110101第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt155v不同的反饋線產(chǎn)生不同的碼序列不同的

43、反饋線產(chǎn)生不同的碼序列 例：三級(jí)移位寄存器構(gòu)成的m序列發(fā)生器：1D2D3D1110010:輸出1D2D3D1110100:輸出第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt156v5級(jí)移位寄存器的不同反饋系統(tǒng)的級(jí)移位寄存器的不同反饋系統(tǒng)的m序列序列反饋系數(shù)輸出序列451110111016710001001175111111000第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1572) m序列的特性vm序列的自相關(guān)函數(shù)具有二值的尖銳特性，但互相關(guān)函數(shù)是多值的。 (1) m序列的隨機(jī)性 (2) m序列的自相關(guān)函數(shù) (3) m序列的互相關(guān)函數(shù)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解

44、調(diào)3/25/2022整理ppt158(1) m序列的隨機(jī)性序列的隨機(jī)性v碼元“1”的數(shù)目和“0”的數(shù)目只相差1個(gè)；v在P=2n-1周期中,碼元“1”出現(xiàn)2n-1次，“0”出現(xiàn)2n-1-1次；v即“0”比“1”少出現(xiàn)1次,這是因?yàn)椴辉试S全0狀態(tài)的緣故；vm序列與其移位后的序列逐位模2加,所得序列仍為m序列； 序列m1: 1110100 m1右移2位: 0011101 模2加后得: 1101001 (m1左移1位)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt159v游程：一個(gè)游程定義為一個(gè)同類型的二進(jìn)制數(shù)字序列，即序列中連續(xù)為“l(fā)”或“0”稱為游程。v游程的長(zhǎng)度指的是游程內(nèi)數(shù)字的數(shù)

45、目。q一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)度為1(單個(gè)”0”或單個(gè)”1”)的游程占總游程數(shù)一半q長(zhǎng)度為2的游程(00或11)占總游程的1/4q長(zhǎng)度為3的游程(000或111)占總游程的1/8q游程長(zhǎng)度為K的游程出現(xiàn)的比例為2-K, 1Kn-2q只有一個(gè)包含n個(gè)1的游程q只有一個(gè)包含(n-1)個(gè)0的游程q一個(gè)周期 P=2n-1內(nèi)，游程總數(shù)為2n-1,n為移位寄存器的級(jí)數(shù)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt160v例: 1111的游程分布(長(zhǎng)度P=15,n=4)游程長(zhǎng)度/比特游程數(shù)目所包含的比特?cái)?shù)“1”“0”12212124211212143013031341041404游程總數(shù)為8合計(jì)15第第2

46、 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt161 (2) m序列的自相關(guān)函數(shù)。序列的自相關(guān)函數(shù)。v自相關(guān)函數(shù)為 R() = A-D (2 - 105)qA為對(duì)應(yīng)位碼元相同的數(shù)目；qD為對(duì)應(yīng)位碼元不同的數(shù)目。v自相關(guān)系數(shù)為DADAPDA)(2 - 106) v對(duì)于m序列，其碼長(zhǎng)為P=2n-1，P也等于“0”和“1”個(gè)數(shù)的總和。其中“0”的個(gè)數(shù)因?yàn)槿サ粢莆患拇嫫鞯娜?”狀態(tài)， 所以A值為第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt162 A = 2n-1-1 (2 - 107) “1”的個(gè)數(shù)(即不同位)D為 D = 2n-1 (2 - 108)v根據(jù)移位相加特性，m序

47、列an與位移后的序列an-進(jìn)行模2加后，仍然是一個(gè)m序列，所以“0”和“1”的碼元個(gè)數(shù)仍差1。由式(2-106)(2-108)可得m序列的自相關(guān)系數(shù)為PPnn12) 12()(110時(shí) (2 - 109)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt163v當(dāng)=0時(shí)，因?yàn)閍n與an-0的碼序列完全相同，經(jīng)模2加后，全部為“0”，即D=0，而A=P。由式(2-106)可知10)0(PP當(dāng)=0 時(shí)因此， m序列的自相關(guān)系數(shù)為 (2 - 110) 1010,1,2,.,1pP第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt164v假設(shè)碼序列周期為P，碼元寬度為Tc，那么自相

48、關(guān)系數(shù)是以PTc為周期的函數(shù)，如下圖所示。v圖中橫坐標(biāo)以/Tc表示，如/Tc=1，則移位1比特，即=Tc；若/Tc=2, 則=2Tc, 即移位2比特，等等。1P1102Tc123456P1PcT()7第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt165v在|Tc的范圍內(nèi)， 自相關(guān)系數(shù)為 cTPP11)(|Tc (2 - 111) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt166vm序列的自相關(guān)函數(shù)序列的自相關(guān)函數(shù)q m序列的自相關(guān)系數(shù)在=0處出現(xiàn)尖峰,并以PTC時(shí)間為周期重復(fù)出現(xiàn)(TC為碼元寬度).q尖峰底寬2TCqTC越小,相關(guān)峰越尖銳q周期P越大,|-1/P

49、|就越小,自相關(guān)特性就越好;當(dāng)周期 P很大時(shí)，m序列的自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似。 這一特性很重要，相關(guān)檢測(cè)就是利用這一特性，在“有”或“無”信號(hào)相關(guān)函數(shù)值的基礎(chǔ)上來識(shí)別信號(hào)，檢測(cè)自相關(guān)函數(shù)值為1的碼序列。1P1102Tc123456P1PcT()7第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt167 (3) m序列的互相關(guān)函數(shù)。 v m序列的互相關(guān)性是指相同周期兩個(gè)不同的m序列x,y 一致的程度。其互相關(guān)值越接近于0，說明這兩個(gè)m序列差別越大，即互相關(guān)性越弱；反之，說明這兩個(gè)m序列差別較小，即互相關(guān)性較強(qiáng)。v當(dāng)m序列用做碼分多址系統(tǒng)的地址碼時(shí)，必須選擇互相關(guān)值很小的m序列組，以避免

50、用戶之間的相互干擾。如果干擾地址碼與本地碼互相關(guān)值較大，接收端錯(cuò)誤檢測(cè)的概率就會(huì)很大。所以不恰當(dāng)?shù)剡x擇碼序列組，會(huì)造成通信網(wǎng)內(nèi)接收機(jī)間的相互串址，產(chǎn)生人為干擾?；ハ嚓P(guān)系數(shù):PiiixyyxP11)(第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt168v研究表明，兩個(gè)長(zhǎng)度周期相同，由不同反饋系研究表明，兩個(gè)長(zhǎng)度周期相同，由不同反饋系數(shù)產(chǎn)生的數(shù)產(chǎn)生的m序列，其互相關(guān)函數(shù)序列，其互相關(guān)函數(shù)(或互相關(guān)系數(shù)或互相關(guān)系數(shù))與自相關(guān)函數(shù)相比，沒有尖銳的二值特性，是與自相關(guān)函數(shù)相比，沒有尖銳的二值特性，是多值的。多值的。v假設(shè)碼序列周期為P的兩個(gè)m序列，其互相關(guān)函數(shù)Rxy()為 Rxy() =

51、A-D (2 - 112)v例：周期為7的兩m序列x=1110100與 y=1110010，互相關(guān)函數(shù)分別為： 30 xyR 11 xyR 55 xyR第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt169v又例如 n=5， 兩m序列分別為 x=110111010 y=111111100第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt170v互相關(guān)函數(shù)曲線如下。q圖中實(shí)線為互相關(guān)函數(shù)R()。是一個(gè)多值函數(shù)，有正有負(fù)，最大值的絕對(duì)值為 9 。q圖中虛線示出了自相關(guān)函數(shù)，其最大值為31。159100710203130R(t)31251015202530cTt第第2 2章章

52、調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt171v同一周期的m序列組，其兩兩m序列對(duì)的互相關(guān)特性差別很大，有的m序列對(duì)的互相關(guān)特性良好，有的則較差不能實(shí)際使用。v一般來說，隨著周期的增加，其歸一化互相關(guān)值的最大值會(huì)遞減。通常在實(shí)際應(yīng)用中，我們只關(guān)心互相關(guān)特性好的m序列對(duì)的特性。 nPQ3754159531116632371234182559595111131010233831120472871240951407周期最大互相關(guān)值第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt172 3. 其它碼序列 v 在擴(kuò)頻通信中常用的碼序列除了m序列之外，還有M序列、Gold序列、R-S碼等。

53、在CDMA移動(dòng)通信中還使用相互正交的Walsh函數(shù)。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1731) m序列的優(yōu)選對(duì)與Gold序列(1) m序列的優(yōu)選對(duì)。 vm序列發(fā)生器的反饋系數(shù)的關(guān)系可用特征多項(xiàng)式表示，一般記作niiixCxF0)(2 - 113) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt174圖2-63 n=5的m序列發(fā)生器 (a) Ci=45; (b) Ci =51; (c) Ci =67； (d) Ci =73; (e) Ci =75; (f) Ci =57D4D3D2D1D5C51C31C01(a)D4D3D2D1D5C51C21C01(b

54、)D4D3D2D1D5C51C31C01(c)D4D3D2D1D5C51C11C01(d)C41C11C41C21D4D3D2D1D5C51C31C01(e)D4D3D2D1D5C51C01( f )C11C41C21C21C31第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt175m序列優(yōu)選對(duì)序列優(yōu)選對(duì):如有兩個(gè)周期為P=2n-1的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： 122221,|( )|214ncnnRn為奇數(shù)， 為偶數(shù)（不是 的倍數(shù)）稱這一對(duì)m序列為優(yōu)選對(duì) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt176 (2) Gold序列。 v G

55、old碼是m序列的復(fù)合碼，是由兩個(gè)碼長(zhǎng)相等、碼時(shí)鐘速率相同的m序列優(yōu)選對(duì)模2加組成的，如圖所示。碼發(fā)生器碼發(fā)生器1碼發(fā)生器碼發(fā)生器2+碼碼3碼碼1碼碼2時(shí)鐘時(shí)鐘注: 碼1和碼2是優(yōu)選序列對(duì); 兩序列碼長(zhǎng)相同,碼時(shí)鐘頻率相同; 每改變兩個(gè)m序列的相對(duì)位移,就可以得到一個(gè)新的Gold序列; 因?yàn)榭偣灿?n-1個(gè)不同的相對(duì)位移，加上原來的兩個(gè)m序列本身，兩個(gè)n級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生2n+1個(gè)Gold序列,比m序列多得多.例:n=5,m序列只有6個(gè),Gold序列數(shù)為25+1=33個(gè)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt177vGold碼具有三值互相關(guān)特性。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)

56、制解調(diào)3/25/2022整理ppt1782) Walsh(沃爾什)函數(shù) (1) Walsh函數(shù)的含義vWalsh函數(shù)是一種非正弦的完備正交函數(shù)系。它僅有可能的取值：+1和-1(或0和 1)，比較適合于用來表達(dá)和處理數(shù)字信號(hào)。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt179 (2) 沃爾什函數(shù)的產(chǎn)生。 v沃爾什函數(shù)可用哈達(dá)瑪(Hadamard)矩陣H表示，利用遞推關(guān)系很容易構(gòu)成沃爾什函數(shù)序列族。為此先簡(jiǎn)單介紹有關(guān)哈達(dá)碼矩陣的概念。v哈達(dá)碼矩陣H是由+1和-1元素構(gòu)成的正交方陣。q所謂正交方陣所謂正交方陣，是指它的任意兩行(或兩列)都是互相正交的。這時(shí)我們把行(或列)看作一個(gè)函數(shù)

57、，任意兩行或兩列函數(shù)都是互相正交的。q更具體地說，任意兩行(或兩列)的對(duì)應(yīng)位相乘之和等于零，或者說，它們的相同位(A)和不同位(D)是相等的，即互相關(guān)函數(shù)為零。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt180v例如， 2 階哈達(dá)碼矩陣 H2 為11112H10002H或 v兩行(或兩列)間是相互正交的！第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt181v4階哈達(dá)碼矩陣為2242 2221111111111111111HHHHHH或 0110110010100000式中， 為H2取反。 2H第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt182v8

58、階哈達(dá)碼矩陣為4482 4440000000001010101001100110110011000001011010111100011100001101101HHHHHH第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt183v一般關(guān)系式為 NNNNNHHHHH2(2 - 115) 根據(jù)上式， 不難寫出 H16、H32和H64， 即3232323232264161616161623288888216HHHHHHHHHHHHHHHHHH第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt184(3) 沃爾什函數(shù)的性質(zhì)。 v沃爾什函數(shù)有4個(gè)參數(shù)。它們是時(shí)基(Time base)、

59、起始時(shí)間、振幅和列率(Sequency)。q時(shí)基：即為沃爾什函數(shù)正交區(qū)間的長(zhǎng)度。例如，正交區(qū)間為ta,tb)，則時(shí)基為T=tb-ta。正交區(qū)間為0, T)， 則時(shí)基為T。 q起始時(shí)間：在正交區(qū)間ta,tb中，ta就是起始時(shí)間。為簡(jiǎn)明起見，常把起始時(shí)間設(shè)定為零。q振幅：前面所說的沃爾什函數(shù)是只取1兩個(gè)值的，這也是歸一化了的。一般來說，沃爾什函數(shù)可以取V值。q列率：在單位時(shí)間內(nèi)符號(hào)變更的次數(shù)。第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt185圖2-65 8 階沃爾什函數(shù)的波形 tWal(7, t)tWal(6, t)tWal(5, t)tWal(4, t)tWal(3, t)tWa

60、l(2, t)tWal(1, t)tWal(0, t) 01101第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt186v從圖2-65不難發(fā)現(xiàn)沃爾什函數(shù)在0,1)區(qū)間內(nèi),除Wal(0,t)外，其它沃爾什函數(shù)取+1和取-1時(shí)間是相等的。沃爾什函數(shù)正交性在數(shù)學(xué)上可表示為10),(Wal),(Wal10dttmtn0 當(dāng)nm時(shí)1 當(dāng)n=m時(shí) (2 - 116) 第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)3/25/2022整理ppt1872.6 正交頻分復(fù)用 2.6.1 概述 v正交頻分復(fù)用(OFDM):qOrthogonal Frequency Division Multiplexingq屬于多載波并行調(diào)