通信原理II第10次课课件.doc

PAGE 1 第12章 扩展频谱通信 扩展频谱通信是围绕提高信息传输的可靠性而提出的一种有别于常规通信系统的新调制理论和技术，它采用很宽的频带来传输窄带的信息信号，其主要特点是具有很强的抗干扰（窄带干扰、多径干扰等）性能和多址能力。 本章学习的主要内容： ·扩频通信系统概述（特征、扩频调制和解调解扩过程） ·序列产生方法，序列及其波形的特性 ·扩频通信系统组成、工作原理和抗干扰性能分析 ·正交编码 12.1 扩展频谱通信概述 1. 定义 扩展频谱通信（以下简称扩频通信）是利用扩频码信号（以下简称扩频信号）传送信息的一种通信方式。 扩频通信系统应具有下列特征： (1) 扩频信号的频谱宽度远大于信息信号带宽； (2) 传输信号的带宽由扩频信号决定，此扩频信号通常是伪随机（伪噪声）编码信号。 以上特征有时也称为判断扩频通信系统的准则。 2.扩频通信系统 扩频通信的一般原理如图12. 信息信号 信息信号 扩频码信号 信息码 扩频 调制 扩频码 振荡器 (a) 扩频调制框图 (b) 外差式解扩解调器框图 图12. 在发送端，信息信号是通过与信息码无关的扩频码所产生的扩频信号进行扩频以实现带宽扩展，再对载波进行调制（如BPSK或QPSK、MSK等），然后由天线发射出去。 在接收端，对接收信号进行与发送端相反的变换，就可以恢复出传输的信息。在扩频接收机中，这个反变换就是信号的解扩和解调。一般都采用相关解扩（乘法与积分运算）技术。在图12. 12.2 伪随机序列 伪随机序列又称伪随机码或伪噪声码，简称PN码。伪随机序列是一种具有类似白噪声性质，包括尖锐的自相关特性和低值的互相关特性,功率谱占据很宽的频带。大部分伪随机码都是周期的，可以人为地加以产生与复制，通常由二进制移位寄存器来产生。 12.2.1 序列 序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，是伪随机序列中最重要的序列之一，这种序列易于产生与复制，有优良的自相关特性。 1.序列发生器 二进制序列一般可由移位寄存器产生，故由移位寄存器产生的序列就称之为移位寄存器序列。序列是最长线性反馈移位寄存器序列，是由移位寄存器加线性反馈后形成的。下面以长度为15的线性反馈移位寄存器序列为例，说明序列的产生过程。 图12.2.1为长度等于15的序列（简称15位序列）产生电路的逻辑框图。图中，每级移存器的状态在一个时钟脉冲到来时向右位移一位；位于最左端的移存器的状态，由各寄存器的状态反馈经模2加后的值来确定。 图12.2.1 15位 假设移存器的初始状态为（）=（0001），则在移位一次时，由和模2相加产生新的输入（即反馈输出），新的状态变为（）=（1000），以此类推，这样移位15次后又回到初始状态（0001），如图12.2.2所示。该反馈移位寄存器序列是长度（也称为序列的周期）为15的伪随机序列： 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 图12. 移存器状态变化的顺序可以用其状态转移图表示。图12.2.3是全0初始状态下的状态转移图。如果移存器的初始状态为全0，则此状态在时钟脉冲作用下不会改变。 0 0 图12. 图12.2.4是非全0初始状态下的状态转移图,图中圆圈中的数字与，，，相对应。 图12. 本例说明，序列实际上不是随机的，而是周期性确定信号（这是因为移位寄存器的级数是有限的，则其状态也是有限的，因而产生的序列是周期性的）。之所以称其为伪随机序列，是因为它表现出了随机序列的基本特性，在不知其生成方法时候看来像真的随机序列一样。 2. 线性反馈移存器特征多项式 (1) 特征多项式 在图12.2.5中示出一个一般的线性反馈移位寄存器的组成。图中，每一级移位寄存器的状态用表示，{ 0,1}，整数。反馈系数{ 0,1}，1,2,3，…，；为移存器级数，表示反馈线断开；时表示反馈线接通（参加反馈）。 图12. 图12.2.5中反馈输出与移存器状态的关系可用下式表示 （模2） （12.2 可见，反馈系数的取值决定了反馈逻辑。 反馈逻辑还可由特征多项式表示 （12.2 因为反馈移位寄存器中反馈逻辑总是接入的，所以式（12.2.2）中。式（12.2.2）中仅指明其系数（1或0）代表的值，本身的取值并无实际意义，也不需要去计算的值。例如，若特征多项式为 则它仅表示，和的系数，其余的为零。 以式（12.2.2）为特征多项式的 可以证明：产生序列的充分必要条件是其特征多项式是本原多项式，序列的周期等于，其中为移存器级数。 (2) 特征多项式与序列多项式的关系 对于给定的特征多项式，根据画出的序列发生器的逻辑图，在给出任意非零初始状态的条件下，依据移位寄存器的工作原理，可以求出具体的序列来。 在某些情况下，人