通信专业毕业设计扩频技术在码分多址系统中的应用

1、扩频技术在码分多址系统中的应用Spread Spectrum Technology in code divisionMultiple Access System学 院：专业班级： 学生学号：学生姓名：指导教师： 2009年12月23日摘 要扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。扩频序列设计和选择是码分多址（CDMA）扩频通信的关键技术之一，扩频码序列的设计就是构造不同结构的具有良好相关性的伪随机序列来满足CDMA系统的要求。目前研究最深入的和使用最多的是m序列和Gold序列，另外国内一些学者还提出了真正正交的序列。文中对扩频序列的相关性和特

2、点进行了分析，并给出了各序列的生成方法。扩频通信在CDMA通信系统中的的使用，就是给每一个用户分配一个唯一的序列码，并用它对承载信息的信号进行编码。该码序列用户的接收机采用相同的扩频码与受到的信号进行相关运算恢复出所携带的原始信息，在这种方式中，一方面所采用的扩频码序列与所传的信息数据无关的，它与一般的正弦载波信号时相类似的，丝毫不影响信息传输的透明性，扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用；另一方面该用户码序列与其他码序列的互相关市很小的。由于码序列的宽带元大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也叫扩频调制，其产生的信号也称为扩频信号。关键词：扩频通信；码分多址；序列码；香农

3、公式AbstractSpread Spectrum Communications is a modern communications system, the new means of communication, it has a strong anti-jamming, anti-fading and anti-multipath performance, high spectral efficiency. Spreading sequence design and selection is the Code Division Multiple Access (CDMA) spread s

4、pectrum communications, one of the key technologies, spread spectrum code sequence of the design is constructed of different structures has a good correlation of pseudo-random sequence to meet the CDMA systems. The most in-depth the current study and use the most is the m sequences and Gold sequence

5、s, while some domestic scholars also raised the real orthogonal sequences. The text of the spreading sequences and characteristics of the correlation analysis, and gives the sequence generation method.Spread Spectrum Communication in CDMA communication systems use is to give each user is assigned a

6、unique serial number and use it to encode the signal carrying the information. The code sequence the user's receiver using the same spreading code signal being associated with the operations carried out to restore the original information, in this way, on one hand the spreading code sequences us

7、ed with the transmission of information and data unrelated to , its general sinusoidal carrier signals similar in no way affect the transmission of information transparency,Spreading code sequence of only the signal spectrum has been further extended the role; the other hand, the user code sequence

8、with other sequences of the cross-correlation city very small. As the code sequences that are hosted by broadband yuan more than the information signal bandwidth, signal encoding process expands the spectrum, it is also known as spread-spectrum modulation, which is also known as spread spectrum sign

9、als generated by the signal.Key words: spread spectrum communication; code division multiple access; serial number; CDMA目 录第一章 绪论41.1 CDMA技术的发展41.2 CDMA技术标准51.3 CDMA-基于扩频技术的码分多址无线通信技术6第二章 扩频技术的基本原理62. 1 扩频技术的概念62. 2 扩频技术的基础理论82. 3 扩频通信的主要性能指标102. 4 扩频通信的基本原理102 .5 扩频通信的特点122. 6 扩频的方式162.6.1 直接序列扩频16

10、2.6.2 跳变频率172.6.3 跳时182.6.4 宽带线性调频18第三章 码分多址方式183.1 码分多址的概念及通信原理 183.2 码分多址的特点193.3 与直接序列扩频相结合的两种方式203.4 实现码分多址需要的3个必备条件20第四章 扩频码序列214.1 码序列的相关性214.2 m序列224.3 GoId码序列25参考文献28致 谢29第一章 绪论CDMA作为一种非常先进的通信技术，不仅在现在的2G和2.5G移动通信领域中发挥着极其重要的作用，也是未来3G移动通信的技术基础。目前，全世界的CDMA移动通信用户已达到2亿。在我国，自从2002年1月8日中国联通的CDMA移动通

11、信网络正式开通运行以来，已经发展了3000万用户，成为世界上第二大CDMA网络。现在，CDMA网络不但覆盖了我国的绝大部分地区，同时原先的CDMA IS-95网络已经全面地平滑升级过渡到CDMA 2000 1X网络。1.1 CDMA技术的发展CDMA (Code Division Multiple Access) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA 允许所有的使用者同时使用全部频带(1.2288Mhz)，并且把其他使用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞 (collision) 的问题。 CDMA的优点包括： CDMA中所提供的语音编码技术，其通话品质比目前的GSM好，而

12、且可以把用户对话时周围环境的噪音降低，使通话更为清晰。扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道，由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因扩频技术的起源要追溯到二战时期，这种思想的初衷是防止敌方对己方通讯的干扰。我们知道，由于窄带通讯采用的带宽只有几十kHz，只需要使用一个具有相同发射频率及足够大功率的发射机就可以非常容易地干扰对方的通信。因为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。 CDMA这种新颖的想法就是通过特殊的码型处理，把信号能量扩散到一个很宽的

13、频带上，湮没在噪声里，在接收端只有通过相同的码型才能把信号恢复出来（整个过程就像加密、解密一样），我们称之为直接序列扩频。由于信号湮没在噪声里，故很难敌方侦测到。因此，这种技术在军事领域中有着广泛应用为无论调幅、调频技术都很难从恶劣的信噪比环境中恢复原始信息。 CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95）运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验

14、，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国大陆、中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公司中有7家选用CDMA。到2006年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第27届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用。1.2 CDMA技术标准CDMA技术的标准化经历了几个阶段。IS-95是cdmaONE系列标准中最先发布的标准，真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS-95A，这一标准支持8K编码话音服务。其后又分别出版了13K话音编码器的TSB7

15、4标准，支持1.9GHz的CDMA PCS系统的STD-008标准，其中13K编码话音服务质量已非常接近有线 的话音质量。随着移动通信对数据业务需求的增长，1998年2月，美国高通公司宣布将IS-95B标准用于CDMA基础平台上。IS-95B可提供CDMA系统性能，并增加用户移动通信设备的数据流量，提供对64kbps数据业务的支持。其后，cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准。cdma2000在标准研究的前期，提出了1X和3X的发展策略，但随后的研究表明，1X和1X增强型技术代表了未来发展方向。CDMA技术的标准化，推进了这项技术在世界范围的应用。目前，在美国、韩国、日本等

16、国家，CDMA技术已获得了较大规模的应用。在一些欧洲国家，一些运营商也建起了CDMA网络。据CDG(世界CDMA发展集团)统计，1996年底CDMA用户仅为100万；到1998年3月已迅速增长到1000万；截至1999年9月，用户数量已超过4000万。2000年初全球CDMA移动 用户的总数已突破5000万，在一年内用户数量增长率达到118%。CDG表示，目前亚洲已经成为CDMA市场增长的主要动力，亚洲地区CDMA用户数量比一年前增长88%，达到2800万。美国地区的增长率更是高达143%，达到1650万，但用户绝对数量要低于亚洲，在亚太地区，中国香港、日本、韩国、澳大利亚、泰国、印度、菲律宾

17、、新西兰、孟加拉国等许多国家和地区都已建有CDMA商用网络，用户数量已超过2100万户。增长率位于第三的是中美洲和南美洲，CDMA用户数量达到500万。CDG还表示，今后全球CDMA市场中，中国大陆地区的增长潜力最大，估计2003年中国大陆市场的用户数量可以达到4000万。 CDMA是移动通信技术的发展方向。在2G阶段，CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品，提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处，在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段，CDMA2000 1X RTT 与GPRS在技术上已有明显不同，在传输速率上1X RTT高于GP

18、RS，在新业务承载上1X RTT比GPRS成熟，可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上， CDMA2000 1X向CDMA2000 1X EV-DO过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。1.3 CDMA-基于扩频技术的码分多址无线通信技术CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。第二章 扩频技术的基本原理2. 1 扩频技术的概念扩

19、频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。扩频通信在CDMA通信系统中的使用，就是给每一用户分配一个唯一的序列码（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码。该码序列用户的接收机采用相同的扩频码与收到的信号进行相关运算（解码）恢复出所携带的原始信息，在这种方式中，一方面所采用的扩频码序列与所传的信息数据是无关的，它与一般的正弦载波信号时相类似的，丝毫不影响信息传输的透明性，扩频序列码仅仅起扩展信号频谱的作用；

20、另一方面该用户码序列与其他用户码序列的互相关是很小的。由于码序列的带宽远大于所承载信息的信号的带宽，编码过程扩展了信号的频谱，所以也称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。 这一定义包含了以下三方面的意思： 一、信号的频谱被展宽了我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如人类的语音的信息带宽为300Hz - 3400Hz，电视图像信息带宽为数MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的信号来传输信息。在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽的两倍；电视广播射频信号带宽也只是其视频信号带宽的一倍

21、多。这些都属于窄带通信。一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比也只有几到十几。扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 - 1000，属于宽带通信。 为什么要用这样宽的频带的信号来传输信息呢? 这样岂不太浪费宝贵的频率资源了吗?二、采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限的。例如很窄的脉冲信号，其频谱则很宽。信号的频带宽度与其持续时间近似成反比。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。因此，如果用限窄的脉冲序列被所传信息调制，则可产生很宽频带的信号。如下面介绍的直接序列扩频系统就是采用这种方法获得扩频信号。这种很窄的脉冲码序列，其码速

22、率是很高的，称为扩频码序列。这里需要说明的一点是所采用的扩频码序列与所传信息数据是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样，丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩展信号频谱的作用。三、在接收端用相关解调来解扩正如在一般的窄带通信中，已调信号在接收端都要进行解调来恢复所传的信息。在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。这种在发端把窄带信息扩展成宽带信号，而在收端又将其解扩成窄带信息的处理过程，会带来一系列好处。弄清楚扩频和解扩处理过程的机制，是理解扩频通信

23、本质的关键所在。2. 2 扩频技术的基础理论我们知道，传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。例如语音信息的带宽大约为3003400HZ，普通电视图像信息带宽大约为6.5MHZ。为了充分利用频率资源，通常都是尽量压缩传输带宽。如 是基带传输，一般把带宽限制在3400HZ左右。又如使用调幅信号传输，因为调制过程中将产生上下两个边带，信号带宽需要达到信息带宽的两倍，而在实际传输中，是采用压缩限幅技术，把广播语音的带宽限制在大约为2*4500Hz=9kHz左右；采用边带压缩技术，把普通电视信号包括语音信号一起限制在1.2*6.5MHz=8MHz左右。及时在普通的调频通信上，最大也只把信号带宽放宽

24、到信息宽带的十几倍左右，这些都是采用了窄带通信技术。长期以来，人们总是想方设法使信号所占频谱尽量窄，以充分提高十分宝贵的频率资源的利用率。而扩频通信属于宽带通信技术，通常的扩频信号带宽与信息带宽之比将高达几百甚至几千倍。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢？简单言之，就是主要为了通信的安全可靠，这个问题可以用信息论来解释。扩频通信的可行性， 是从信息论和抗干扰理论的基本公式中引伸而来的。 信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为： C WLog2(1十P/N) (1)式中：C - 信道容量(用传输速率度量) W - 信号频带宽度 P - 信号功率 N - 噪声平均功率 由上式可以看出

25、，在特定通频带宽W和特定信躁比S/N的信道中传送信息的速率C是一定的。由香农公式可以得出以下结论： （1）提高信躁比S/N，可以增加信道容量C。（2）当信道中的噪声功率，信道容量C -> 无穷大，也就是说，无干扰信道的容量可以无穷大。 （3）当信道容量C一定时，信道通频带宽W与信躁比S/N之间可以互换。在扩频通信中，通信扩展信号带宽和增加信道通频带宽，在低信躁比的情况下，仍可以保持所需要的信道容量。 （4）信躁比一定，增加通频带宽可以增大信道容量。但实际通信系统的背景噪声为高斯白噪声，增加通频带宽会使信躁比下降，无限增大通频带宽也只能对应有限的信道容量，其极限容量为： C(w->i

26、nf)=1.44×（S/n0）其中，n0为噪声功率密度，n0=N/W式(1)说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比PN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比PN(SN)情况下，传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。扩频通信的基本特点，是传输信号所占用的频带宽度（W）远大于原始信息本身实际所需的最小带宽（B），其比值称为处理增益（Gp）： 52RD 52RD总之，我们用扩展频谱的宽带信号来传输信息，就是为了提高通信的抗干扰能力，即在强干扰条件下保证可靠安全地通信。这就是扩展频谱通信的基本思想

27、和理论依据。2. 3 扩频通信的主要性能指标处理增益和抗干扰容限是扩频通信系统的两个重要性能指标。 一、处理增益G也称扩频增益(Spreading Gain) 它定义为频谱扩展前的信息带宽DF与频带扩展后的信号带宽W之比： GWDF在扩频通信系统中接收机作扩频解调后，只提取伪随机编码相关处理后的带宽为DF 的信息，而排除掉宽频带W中的外部干扰、噪音和其地用户的通信影响。因此，处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。二、抗干扰容限它是指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力，定义为： Mj = G (S/N)out + Ls其中：Mj - 抗干扰容限G - 处理增益 (SN)out

28、- 信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比 Ls - 接收系统的工作损耗例如, 一个扩频系统的处理增益为35dB要求误码率小于l05的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out 10 dB，系统损耗Ls3dB，则干扰容限Mj 35 (10 +3) 22dB。这说明，该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高22dB的范围内正常工作，也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于22dB的环境下正常工作。2. 4 扩频通信的基本原理信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进

29、行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。 扩频通信的一般工作原理如图2.1(a)所示。  图2.1 扩频通信工作原理 (a)在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。再经信息解调、恢复成原始信息输出。由此可见，般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。 与一般通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制

30、和解扩部分。图2.2 信息的频谱扩展过程 图2.3 扩频信号的解扩过程2 .5 扩频通信的特点由于扩频通信能大大扩展信号的频谱，发端用扩频码序列进行扩频调制，以及在收端用相关解调技术，使其具有许多窄带通信难于替代的优良性能，能在“军转民”后，迅速推广到各种公用和专用通信网络之中，主要有以下几项特点： 1) 易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率 无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都得到了开发利用，仍然满足不了社会的需求。在窄带通信中，主要依靠波道划分来防止信道之间发生干扰。 为此，世界各国都设立了频率管理机构，用户只能使用申请获准的频率。 扩频通信发送功率极低(1 - 650mW)，采用了相关

31、接收这一高技术，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率, 也可与现今各种窄道通信共享同一频率资源。所以，在美国及世界绝大多数国家，扩频通信不需申请频率，任何个人与单位可以无执照使用。 2) 抗干扰性强，误码率低 扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽，而收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥，对于各种干扰信号，因其在收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成份，信噪比很高，因此抗干扰性强。 如上述例子当Gp = 35dB时，抗干扰容限Mj = 22dB，即

32、在负信噪声比(22dB)条件下，可以将信号从噪声的湮灭中提取出来。在目前商用的通信系统中， 扩频通信是唯一能够工作于负信噪比条件下的通信方式。 对于宽带干扰和脉冲干扰在扩频设备中如何被抑制的物理过程，可以用图2.4和图2.5加以说明。 对于各种形式人为的(如电子对抗中)干扰或其他窄带或宽带(扩频)系统的干扰， 只要波形、时间和码元稍有差异，解扩后仍然保持其宽带性，而有用信号将被压缩，见图2.4所示。  图2.4 扩频系统抗宽带干扰能力示意图 对于脉冲干扰，带宽将被展宽到B，而有用信号恢复(压缩)后，保证高于干扰，见图2.5所示。   图2.5 扩频系统抗脉冲干扰能力示意图

33、由于扩频系统这一优良性能，误码率很低，正常条件下可低到l 0-10, 最差条件下约10-6，完全能满足国内相关系统对通道传输质量的要求。 3) 隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小 由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数(如伪随机编码序列)就更加困难，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前使用的各种窄带通信系统的干扰很小。 4) 可以实现码分多址 扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共用这一宽频带，则可大为提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序

34、列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。5) 抗多径干扰 在无线通信的各个频段，长期以来，多径干扰始终是一个难以解决的问题之一。在以往的窄带通信中，采用两种方法来提高抗多径干扰的能力： 一是把最强的有用信号分离出来，排除其他路径的干扰信号，即采用分集接收技术； 二是设法把不同路径来的不同延迟、不同相位的倍号在接收端从时域上对齐相加，合并成较强的有用信号，即采用梳状滤波器的方法。 这两种技术在扩频通

35、信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性，在接收端 从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，这相当于梳状滤波器的作用。另外，采用频率跳变扩频调制方式的扩频系统中，由于用多个频率的信号传送同一个信息，实际上起到了频率分集的作用。6) 能精确地定时和测距 我们知道电磁波在空间的传播速度是固定不变的光速。人们自然会想到如果能够精确测量电磁波在两个物体之间传播的时间，也就等于测量两个物体之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列，然后比较收

36、发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出二者之间的距离。测量的精度决定于码片的宽度，也就是扩展频谱的宽度。码片越窄，扩展的频谱越宽，精度越高。7) 适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务 扩频通信一般都采用数字通信、码分多址技术，适用于计算机网络，适合于数据和图象传输。8) 安装简便，易于维护 扩频通信设备是高度集成，采用了现代电子科技的尖端技术，因此，十分可靠、小巧，大量运用后成本低，安装便捷，易于推广应用。2. 6 扩频的方式按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为：2.6.1 直接序列扩频直接序列扩频(Direct Sequence Spread

37、 Spectrum)工作方式，简称直扩(DS)方式。所谓直接序列(DS-Direct Scquency)扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而在收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。直接序列扩频的原理如图2.6所示。   如图2.6例如我们用窄脉冲序列对某一载波进行二相相移键控调制。如果采用平衡调制器，则调制后的输出为二相相移键控信号，它相当于载波抑制的调幅双边带信号。图中输入载波信号的频率为fc，窄脉冲序列的频谱函数为G(C)，它具有很宽的频带。平衡调制器的输出则为两倍脉冲频谱宽度，而fc被抑制的双边带的展宽了的扩频信号，其

38、频谱函数为fc G(C)。在接收端应用相同的平衡调制器作为解扩器。可将频谱为fcG(C) 的扩频信号，用相同的码序列进行再调制，将其恢复成原始的载波信号fc。2.6.2 跳变频率跳变频率(Frequency Hopping)工作方式，简称跳频(FH)方式另外一种扩展信号频谱的方式称为跳频(FHFrequency Hopping)。所谓跳频，比较确切的意思是：用一定码序列进行选择的多频率频移键控。也就是说，用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变，所以称为跳频。 简单的频移键控如2FSK，只有两个频率，分别代表传号和空号。而跳频系统则有几个、几十个、甚至上干个频率、由所传信息与扩频码

39、的组合去进行选择控制，不断跳变。 图2.7(a)为跳频的原理示意图。发端信息码序列与扩频码序列组合以后按照不同的码字去控制频率合成器。 从图2.7(b)中可以看出在频域上输出频谱在一宽频带内所选择的某些频率随机地跳变。在收端，为了解跳跳频信号，需要有与发端完全相同的本地扩频码发生去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。 图2.7 (a) , (b) 总之，跳频系统占用了比信息带宽要宽得多的频带。2.6.3 跳时跳时(Time Hopping)。与跳频相似，跳时(THTime Hopping)是使发射信号

40、在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了2.6.4 宽带线性调频宽带线性调频(Chirp Modulation)。宽带线性调频工作方式，简称Chirp方式。如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频。 5第三章 码分多址方式3.1 码分多址的概念及通信原理码分多址（，CodeDivision Multiple Access）通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分

41、，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。在蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信

42、道都靠采用不同的码型来区分。 类似的信道属于逻辑信道，这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。3.2 码分多址的特点1CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点： （1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。 （2）宽带传输，抗衰落能力强。 （3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。 （4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。 2在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点： （1）采

43、用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。 （2）采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。 （3）采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。 （4）采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。 （5）具有软容量特

44、性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。 （6）兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。 （7）CDMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。 （8）CDMA高效率的OCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编五马方式被认为是目前效率

45、最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbitS和13kbitS两种速率的序列。8kbitS序列从1.2kbits到9.6kbits可变，13kbitS序列则从1.8kbts到14.4kbtS可变。最近，又有一种8kbitsEVRC型编码器问世，也具有8kbits声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。3.3 与直接序列扩频相结合的两种方式1.先地址码调制，再扩频调制2.PN码，既做地址码又做扩频码3.4 实现码分多址需要的3个必备条件1. 地址码要足够2. PN码的码形、相位要相同3. 与扩频技术相结合，可以提高系统的抗干扰性能第四章 扩频

46、码序列4.1 码序列的相关性 在CDMA 系统中，扩频序列的选取对整个系统的性能影响极大，它直接关系到系统的增益、抗干扰能力、多址容量等重要参数。理想情况下，CDMA 通信系统中使用的扩频序列集应具有如下相关特性: 每个扩频序列的自相关函数应该是一个冲激函数，即除零时延外，其值应处处为0 每对扩频序列的互相关函数值应该处处为0。从物理意义上讲，使自相关函数逼近一个脉冲函数的主要目的是使我们能够很容易的将信号与它的移位信号区分开来，使互相关函数恒为零的目的是使我们能够很容易的将一个信号与另一信号或它的移位信号区分开来。近年来具有良好伪随机特性和相关特性扩频序列的研究引起了广泛关注。  

47、   最大长度线性移位寄存器序列（简称 m序列）是一类重要的伪随机序列，最早应用于扩频通信，也是目前研究得最深入的伪随机序列。周期为N 的m序列，码元宽度为幅值为+ 1 或- 1的矩形波信号，则m序列信号周期自相关函数是: 从m 序列的自相关函数表达式可以看出，序列的长度N 越大，其自相关特性越接近白噪声的自相关特性(函数) ，即接近于零，这样，序列和其自身的时间偏移就很容易区分，这对扩频通信是十分有利的。m序列的性能非常接近理想的伪随机序列，有很好的自相关特性，且产生m 序列的方法简单易行，受到人们的重视和应用。但在CDMA 通信系统中，伪随机序列的互相关特性与自相关特性

48、同样重要。理想情况的互相关特性是各用户的伪随机序列相互正交(互相关为零)，但同周期的不同m序列之间存在较大的互相关峰值，如果直接用不同的m序列作为扩频地址码来区分用户，则会产生很大的多址干扰，无法保证系统的通信质量。     Gold 序列具有优良的互相关特性，序列数远远多于序列，便于扩频多址应用。Gold 码是由两个码长相等，码时钟速率相同的m序列优选对模2和构成。每改变两个m序列相对位移就可得到一个新的Gold序列，当相对位移(2n-1)位时，就可得到一族( 2n -1)个Gold序列。再加上两个m序列，共有( 2n +1)个Gold序列码。Gold 码互相关

49、值不超过优选对互相关值，具有三值互相关函数，其值为(n为奇数)；(n为偶数)；。 Gold 码之间具有上述三值互相关特性，验算一下可知，这些互相关值都大大低于自相关值且约有50 %75 %以上的Gold 码序列有最低的互相关函数值 。这一特点说明， Gold 码序列适用于码分多址。采用Gold 码族作地址码，其地址数大大超过了用 m序列作地址码的数量，所以Gold 序列在多址技术中得到了广泛的应用。4.2 m序列 由 n级移位寄存器所能产生的周期最长的序列。这种序列必须由非线性移位寄存器产生,并且周期为2n（n为移位寄存器的级数）。例如，考察图中a的非线性反馈移位寄存器,其状态转移关系如表：状

50、态(ak-3，ak-2，ak-1)的接续状态是(ak-2,ak-1，ak)，其中ak=ak-3嘰ak-1嘰1嘰ak-2ak-1是一种非线性逻辑。从任一状态出发，例如从(000)出发,其接续状态恰好构成一个完全循环(图b)，由此产生一个周期为23=8的3级序列。M序列最早是用抽象的数学方法构造的。它出现于组合数学的一些数学游戏中，例如L.欧拉关于哥尼斯堡的七桥问题等。后来发现这种序列具有某些良好的伪随机特性。例如,M序列在一个周期中，0与1的个数各占一半。同时,同样长度的0游程与 1游程也各占一半。所有这些性质在数据通信、自动控制、光学技术和密码学诸领域中均有重要应用。M序列的理论有许多困难问题

51、尚未解决。如图 4.1 一个码序列的随机性由以下三点来表征： 1） 一个周期内“l”和“0”的位数仅相差1位。 2） 一个周期内长度为 l 的游程(连续为“0”或连续为“l”)占12，长度为2的游程占l4，长度3的游程占l8。只有一个包含n个“l”的游程，也只有一个包含(n1)个“0”的游程。“l”和“0”的游程数相等。3） 一个周期长的序列与其循环移位序列远位比较，相同码的位数与不相同码的位数相差 l位。 M序列的一些基本性质： 1.在m序列中一个周期内“1”的数目比“0”的数目多 l位。例如上述7位码中有4个“1”和3个“0”。在15位码中有8个“l”和7个“0”。 2.在表41中列出长为

52、15位的游程分布。 表41 111101011001000游程分布 游程长度(比特) 游程数目 所包含的比特数 “1”的 “0”的 1 2 2 4 2 1 1 4 3 0 1 3 4 1 0 4   游程总数8 合计15  一般说来，m序列中长为R(1£ R £ n 2)的游程数占游程总数的l2k。 3.m序列的自相关函数由下式计算： R(t)=(A-D)/(A+D)其中：A“0”的位数D“1”的位数令p =A + D = 2n 1，则： R(t)=1 t=0R(t) =-(1/P) t不等于0设n = 3, p = 23 1 7， 则： R(t)=1

53、t=0R(t) =-(1/7) t不等于0它正是图4.1(d)中所示的二值自相关函数。 1m序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列还是m序列，只是相移不同而已。 例如1110100与向右移三位后的序列1001110逐位模二相加后的序列为0111010，相当于原序列向右移一位后的序列，仍是m序列。 2m序列发生器中移位寄存器的各种状态，除全0状态外，其他状态只在m序列中出现一次。 如7位m序列中顺序出现的状态为111，110，101，010，100，00l和011，然后再回到初始状态111。 3m序列发生器中，并不是任何抽头组合都能产生m序列。理论分析指出，产生的m序列数由下式决定： F(2