12西南大学-通信原理-第十二章 正交编码与伪随机序列

通信原理,主讲教师：高 渤 ,含弘光大 继往开来,电路与通信教研室 高渤,2,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,正交编码,1,2,3,4,扩展频谱通信,伪随机序列,5,第十二章 正交编码与伪随机序列,伪随机序列的其他应用,5,电路与通信教研室 高渤,3,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习目标, 学习要点1、正交编码的定义；2、阿达玛矩阵和沃尔什矩阵的构造方法；3、 m序列的性质及其产生方法；4、扩展频谱通信的基本原理；5、伪随机序列的各种应用。,电路与通信教研室 高渤,4,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,正交编码,1,2,3,4,扩展频谱通信,伪随机序列,5,第十二章 正交编码与伪随机序列,伪随机序列的其他应用,5,电路与通信教研室 高渤,5,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,一、正交编码的基本概念 1、正交性 若两个周期为T的模拟信号s1(t)和s2(t)互相正交，则有,第一节 正交编码,两个码组的正交性可用如下形式的互相关系数来表述：,若码组x和y正交，则必有(x, y) = 0。,电路与通信教研室 高渤,6,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,正交编码,1,2,3,4,扩展频谱通信,伪随机序列,5,第十二章 正交编码与伪随机序列,伪随机序列的其他应用,5,电路与通信教研室 高渤,7,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,一、伪随机噪声的基本概念 1、什么是伪随机噪声？ 具有类似于随机噪声的某些统计特性，同时又能够重复产生的波形。优点：它具有随机噪声的优点，又避免了随机噪声的缺点，因此获得了日益广泛的实际应用。,第二节 伪随机序列,2、如何产生伪随机噪声？ 目前广泛应用的伪随机噪声都是由周期性数字序列经过滤波等处理后得出的。在后面我们将这种周期性数字序列称为伪随机序列，它有时又称为伪随机信号和伪随机码。,电路与通信教研室 高渤,8,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,第二节 伪随机序列,二、m序列 1、m序列的产生： 1）m序列（伪随机序列）定义： 对于某种反馈逻辑、初始化状态非全零时，若输出序列周期最长（P=2r-1）的数字序列，称为m序列，也称为伪随机序列。,2）m序列的产生： 由线性反馈移位寄存器（D触发器和模二加加法器）产生，反馈逻辑表达式：,电路与通信教研室 高渤,9,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,（1）求反馈逻辑表达式；（2）求输出序列（设初始状态为0001，即： ）,例：线性反馈移位寄存器电路如图所示 ：,D,D,D,D,+,（3）写出状态流程（用十进制表示）,第二节 伪随机序列,电路与通信教研室 高渤,10,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,解：（1）由电路可知反馈逻辑表达式为： （2）列表计算求输出序列：,第二节 伪随机序列,电路与通信教研室 高渤,11,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,反馈值,1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1,时钟节拍 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1,状 态,第二节 伪随机序列,（3）十进制 8 1 2 4 9 3 6 1310 5 11 7 15 14 12 8,电路与通信教研室 高渤,12,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,第二节 伪随机序列,2、本原多项式（互逆多项式） 当反馈特征多项式F（x）满足下列三个条件时，就能产生m序列。（1） F（x）是不可约的。（2） F（x）能整除（1+Xp）, P=2r-1。（3） F（x）除不尽 。 满足上述条件的多项式，称为本原多项式。,电路与通信教研室 高渤,13,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,第二节 伪随机序列,3、m序列的性质：（1）均衡特性（平衡性）（2）游程特性（游程分布的随机性）（3）移位相加特性（线性叠加性）（4）自相关特性（5）伪噪声特性,电路与通信教研室 高渤,14,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,由于m序列的均衡性、游程分布和自相关特性与上述随机序列的基本性质极相似，所以通常将m序列称为伪噪声（PN）序列，或称为伪随机序列。 但是，具有或部分具有上述基本性质的PN序列不仅只有m序列一种。m序列只是其中最常见的一种。除m序列外，M序列、二次剩余序列（或称为Legendre序列）、霍尔(Hall)序列和双素数序列等都是PN序列。,第二节 伪随机序列,电路与通信教研室 高渤,15,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,正交编码,1,2,3,4,扩展频谱通信,伪随机序列,5,第十二章 正交编码与伪随机序列,伪随机序列的其他应用,5,电路与通信教研室 高渤,16,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,正交编码,1,2,3,4,扩展频谱通信,伪随机序列,5,第十二章 正交编码与伪随机序列,伪随机序列的其他应用,5,电路与通信教研室 高渤,17,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,一、分离多径技术 多径衰落的原因在于每条路径的接收信号的相位不同。分离多径技术能够在接收端将多径信号的各条路径分离开，并分别校正每条路径接收信号的相位，使之按同相相加，从而克服衰落现象。,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,18,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,二、误码率测量 测量误码率时最理想的信源应是随机序列产生器。 1、闭环线路的测试（所用的信道不符合实际情况 ） 用真正的随机序列产生器进行测量时，只适于闭环线路的测试，如下图所示：,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,19,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,2、单程测试法 在测量单程数字通信的误码率时，不能利用随机序列，只能用伪随机序列代替它。如下图所示：,第四节 伪随机序列的其他应用,由于发送端用的是伪随机序列，接收端可以用同样的m序列产生器，由同步信号控制，产生出相同的本地序列。本地序列和接收序列相比较，就可以检测误码。,电路与通信教研室 高渤,20,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,例：数字传输系统误码率测试（模型）。,M序列发生器,数传机发端,信道,数传机 收端,+,M序列发生器,误码计数器,误码率测试原理框图,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,21,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】, 误码率测试原理： 判断： 若无差错，M序列相同（M序列收发要同步）。 若出错，两个M序列进行模二加，在差错位出现 “1”码，送往误码计数器。 误码率 = 出错码元数 / 传送的码元总数 。,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,22,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,三、时延测量 1、测量信号传输的时间延迟。 2、测量信号传播距离，即利用无线电信号测距。,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,23,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,四、噪声产生器 1、用途：测量通信系统在不同信噪比条件下的性能。,第四节 伪随机序列的其他应用,2、要求：能产生带限白高斯噪声。 噪声二极管做成的噪声产生器，在测量数字通信系统的性能时不很适用。因为它在一段观察时间内产生的噪声的统计特性，不一定和同样长的另一段观察时间内的统计特性相同。测量得到的误码率常常很难重复得到。,可以用m序列的这一部分频谱作为噪声产生器的噪声输出。虽然是伪噪声，但有可重复性。,电路与通信教研室 高渤,24,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,五、通信加密 数字通信的优点：容易作到高度保密性的加密。数字信号加密的基本原理：,第四节 伪随机序列的其他应用,假定解密者用计算机搜索时，试探一种M序列平均需要1 ns，则平均约需(1.3 10151 ) / 2(365 24 60 60 109) = 2 10134年才能破译这个密码！,电路与通信教研室 高渤,25,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,六、数据序列的扰乱与解扰 使所传输的数字信号具有接近随机的统计特性。 加扰技术：不用增加冗余度而扰乱信号，改变数字信号统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术。 采用加扰技术的通信系统：,第四节 伪随机序列的其他应用,电路与通信教研室 高渤,26,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,思考题与习题,思考题P402 123。 习题P403 2、3、4、 8。,电路与通信教研室 高渤,27,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,概 述,1,2,3,4,码元同步,载波同步,5,第十三章 同步原理,群同步,网同步,电路与通信教研室 高渤,28,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习目标, 学习要点1、载波同步的方法、性能及载波相位误差对解调性能的影响；2、码元同步的方法、性能及位定时误差对系统性能的影响；3、群同步的方法、性能指标，群同步保护；4、扩谱通信系统同步中的捕获和跟踪；5、网同步的基本概念。,电路与通信教研室 高渤,29,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,一、数字通信系统中的同步种类 载波同步、码元同步、群同步和网同步。1、载波同步（又称载波恢复） 在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相的本地振荡，用于相干解调。1）接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。2）接收信号中无载频分量时： 需从信号中提取载波，或插入辅助同步信息。,第一节 概 述,电路与通信教研室 高渤,30,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,2、码元同步（时钟同步、时钟恢复或位同步） 目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判决时刻。 从接收信号中获取同步信息，或插入辅助同步信息。3、群同步（帧同步） 将接收码元正确分组。通常需要在发送信号中周期性地插入一个同步码元，标示出分组位置。4、网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。,第一节 概 述,电路与通信教研室 高渤,31,通信原理【第十二章 正交编码与伪随机序列】,学习内容,概 述,1,2,3,4,数据通信网,电话网,第十四章 通信网,综合业务数字