CDMA技术的研究与设计.doc

1、摘要CDMA(码分多址)是扩频通信的一个应用领域多址通信，大量的用户采用互不相关的各自的扩频码可在同一或邻近的地方同时共享同一频带。扩频技术是一种信息传送技术。它是利用伪随机码对被传输信号进行频谱扩展，使之占有远远超过被传送信息所必须的最小带宽。本论文以扩频通信为基础分析了伪随机序列的特点，着重介绍了m序列相关知识，首先本论文简要阐述了扩频通信的基本理论、扩频通信系统及系统中的载频调制电路的工作原理，然后分别对m序列这种常用的伪随机序列的性质、产生原理、自相关特性及互相关特性随机特性进行了详细的分析研究，在理论证明的基础上应用Matlab仿真产生m序列并验证它的性质同时仿真出m序列相关特性图形

2、。关键字：CDMA；扩频；扩频通信系统；扩频码；载波调制IIABSTRACT CDMA( Code Division Multiple Access ) is a kind of application of spread spectrum communication -Multiple Access Communication, A large number of users using their own separate spreading codes may be in the same place or nearby to share the same frequency band

3、at the same time.Spread Spectrum technology is a kind of technology of information transmission. It spreads the spectrum by using the code unrelated with the information and makes its bandwith much wider than that required. In the paper, we analyzed characteristics of the pseudo-random sequence base

4、d on the spread spectrum communication and focused on the knowledge of m sequence. Firstly,basic theory of spread spectrum communication,working principle and category of spread spectrum system were briefly expounded.Secondarily,the properties,principle,hardware circuit and self-correlated and relat

5、ed randomicity of m sequence was investigated in detail.Then we proved that these properties theory on the basis of application of Matlab simulation produced m sequence and verify its properties,The related images were obtained using simulated program of m sequence at the same time. Keywords: CDMA;

6、spread spectrum; spread spectrum communication system; spread spectrum code; carrier modulationIII邵阳学院毕业设计（论文）目录中文摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1 选题背景和意义11.2 国内外发展现状及其技术特点11.3 本论文的主要任务4第二章 扩频通信理论概述52.1 扩展频谱通信的基本概念52.2 扩频通信的主要特性92.3 扩频通信系统分类11第三章 扩频通信中使用的伪随机码（PN码）143.1 m序列143.2 m序列的性质153.3 m序列产生器的结构17第四章 m序列的Ma

7、tlab实现19 4.1 Matlab编程设计生成m序列194.2 m序列反馈移位寄存器实现204.3 测试m序列的相关特性234.4 总结25第五章 经验总结26参考文献27致谢28附录12930第一章 绪论1.1 选题背景和意义移动通信技术的迅猛发展让全球范围内开始了一场网络的大融合。不仅是移动通信网和固定电话网之间在融合，而且整个通信网、互联网和电视网三大网络之间也开始融合。随着通信行业3G标准的运营，将会产生一个新兴的通信业务市场，对人们的工作、学习和生活都将产生革命性的变化手机上网、手机网上交易、可视电话、移动商务、移动视频点播、个人手机网站、手机游戏等等移动商务及增值业务开发等显示

8、出了蓬勃旺盛的生命力，人们对通信技术也提出了更高的要求。现代通信技术的研究除了提高信道信息传递效率和可靠性外还需要增加通信的保密性。正因为如此，码分多址CDMA蜂窝通信系统采用了扩频技术，扩频技术用于通信系统，具有抗干扰、抗多径、隐蔽、保密和多址能力。扩频通信技术所研究的主要问题是扩频码的设计与产生及其性能、扩频信号的截获和跟踪以及扩频系统的干扰抑制能力等。这正是本论文主要内容之一扩频码的产生方法。CDMA蜂窝通信系统问世以来，受到许多人的支持和赞扬，目前，CDMA蜂窝通信系统的发展非常迅速，其优势已成为人们的共识。受第三代移动通信发展的驱动，世界上许多国家纷纷提出了许多CDMA通信系统的方案

9、和建议。CDMA通信系统一般采用直接序列扩频(DS)，就是直接用高速率的扩频码序列在发端去扩展信号的频谱。而接收端，用相同的扩频码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始信息。自50年代中期国外便开始对扩频通信进行研究，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、空间探测等各个领域，直到80年代初才被应用于民用通信领域。国内正式把扩频技术作为国家主要项目进行研究是在70年代初，到目前为止，在扩频序列、跳频图案、自适应跳频技术等方面都有了较深入的理论研究。混合扩频方面的研究也已经启动，我国已经研制出扩频跳扩混合系统的实验样机。扩频通信系统一般分为3类：直接扩频系统(DS)、频率跳变系统(FH)、混合式

10、扩展频系统。为增加通信的抗干扰能力和保密性，单独使用一种系统有时难以满足要求,可以将三种基本扩频系统组合构成混合式扩频系统，比如直接序列扩频/跳频混合系统就是将直接序列扩频技术与跳频技术相结合，是国内外公认的在密集电磁频谱对抗环境下的最富有生命力的抗干扰通信系统。1.2 国内外发展现状及其技术特点在国外市场，利用基于CDMA蜂窝技术的CDMA WLL(无线本地环路) CDMA无线接入技术的研究与实现系统有较为广泛的应用，尤其是在新兴的CDMA市场，如印度、巴基斯坦、越南、印尼、马来西亚、非洲和东欧等国家，由于国家对电信业的管理政策、经济发达程度、通信基础设施建设状况等综合因素，使得在建网的初衷

11、主要是采用CDMA移动通讯设备来完成无线的话音和窄带数据、传真业务的接入，同时可以支持CDMA手机的业务接入。国内市场方面。随着中国电信拆分的结束，目前国内主要的电信运营商形成了群雄逐鹿的势态，中国移动、中国电信、新网通、联通等大型电信运营商都在采用各种运营手段吸引客户群，扩大现有业务的市场份额，同时拓展新的运营领域，挖掘可能的运营收入来源，这必然引起运营商在业务领域的互相渗透，加剧面对面的竞争。目前国内的运营商还是把目光转到可以带来稳定营业收入的传统的话音业务和窄带数据业务上来。我国的固网话音业务和窄带数据业务基本由中国电信和新网通垄断，经过前几年的高速发展，固网的话音业务进入平稳增长期，今

12、后几年的增长空间不大；同时，由于用户对通信方式有着越来越强烈的灵活性要求，使得我国的无线移动通信业过去的几年有了飞速的发展。2001年，国内移动通信的运营收入首次超过了固网话音业务的运营收入，这充分的表明当前通信业务的发展趋向。虽然目前我国绝大部分移动用户使用的GSM或GPRS网络，但由于CDMA技术具有无可比拟的优越性，第三代通信网络目前虽然有三个不同的通信标准(IS-2000CDMA、WCDMA和TD-SCDMA)，但都无一例外的基于CDMA技术。可以预见，今后若干年内，CDMA技术必将得到迅猛的应用和发展。因此，研发出适用于CDMA网络的终端无线接入模块既是CDMA技术发展的需要，也是市

13、场的需要，具有较高的实用价值。 随着无线通信和计算机通信在全球的迅猛发展，采用无线手段提供数据业务的应用成为新的通信热点。为此人们现将注意力集中到了正由国际电信联盟ITU（国际电气通信协会）制定标准之中的第三代移动通信系统IMT-2000上，这是为提供全球服务操作而设计的第三代移动通信系统。未来CDMA技术是目前发展IMT-2000最具潜力的新技术之一，因为该项技术具有以下特点： (1) 支持多路同步通话或数据传输。未来CDMA技术在宽广的无线频谱上支持多路同步通话或数据传输。对每路话音、传真、数据或视像传输都分配一个网络的发送端和接收端都能识别一特定代码，以便传输的信息可在接收端重新组合。未

14、来CDMA的宽广频谱使它对于市区环境中干扰和多径传播环境具有更高的抗干扰能力。未来CDMA对干扰的抵抗力使之成为多址接入系统的理想选择。(2) 业务处理能力增强。未来CDMA克服了传统通信系统的容量不足、语音失真度大、易掉线串线、功率辐射强、数据传输慢等问题，它的业务能力和性能大大增加。未来CDMA支持提供个人移动性的通用个人通信，系统设计全球通用，且兼容现有设备，能提供高清晰话音、高速数据、多媒体、漫游等多项业务，可支持大范围的可变速率信息传送，提供更高速的分组数据通信能力。(3) 可伸缩性强。未来CDMA技术在其他方面也表现了较强的功能伸缩性，它可以支持先进的天线技术；它可以通过增加小区的

15、覆盖范围从而减少了基站数目；它的所有带宽的信道都能支持高速数据业务；它还可以经济地在各种环境里使用，如：室外大小区（半径大于35km），室外宏小区（半径在135km），室内室外微小区（最大1km半径），室内室外微微蜂窝（半径小于50m）。它可以支持各种模式下的工作，如WLL，车载，办公室环境，符合不同的移动要求。(4) 工作频段将大大拓宽。目前，无线通信技术的主要工作频段就是在CDMA IS-95版本下的800MHz频段，未来CDMA将对该频段进行了大幅度的提升，未来版本将适用于下列三个频段：DCS 1800(1.711.785GHz及1.8051.880GHz)、US-PCS(1.851.9

16、GHz及1.931.99GHz)以及CEPT(2.02.7GHz)。(5) 灵活性增强。在以前窄带CDMA下，每个通信点的各个方向上都是在固定的1.25MHz 带宽范围内通信有效，很显然这样的特点使得窄带CDMA进一步发展受困。未来CDMA在这方面做了很大的改进，现在它可以根据特定的应用需要使用不同的带宽。通常使用的带宽为7MHz、10MHz、10.5MHz、14MHz及15MHz。(6) 较强抗衰落能力。未来CDMA具有更大的抗衰落能力，这就意味着在相同的输出功率下能提供范围更广泛的性能，或者在同样的覆盖范围下可降低功率要求。另外，附加的带宽意味着有更大的能力支持更高带宽业务和提供更灵活的多

17、种混合业务。(7) 支持与传统系统间的切换功能。未来CDMA技术支持多载波直接扩频系统，可以再利用现有的框架设备，小区规划，操作系统，帐单系统等。在所有环境下支持对称或不对称的数据速率。(8) 能与传统系统进行兼容。未来CDMA能够实现从现存的通信系统到下一代移动通信系统的平滑过渡。支持现存的覆盖结构，信令协议可以后向兼容，网络不再需要引入新的呼叫模式。这种分层和模块化的结构也可以容易地综合TIA或ITU定义的新功能。1.3 本论文的主要任务本论文本论文第一部分引出CDMA通信系统的主要技术频谱扩展。第二部分概述扩频技术的基本理论，着重对各种扩频通信系统的性能进行了深入的比较分析，认为混合式扩

18、频系统在技术实现上比较复杂，但它可以使系统的各项性能指标大大改善，同时简要分析了扩频通信系统中载频调制电路的工作原理。第三部分分析了扩频码选码的相应指标，以伪随机序m序列为主，讨论m序列的硬件产生原理和电路。第四部分讨论基于Matlab的m序列的设计。本课题应用Matlab仿真产生m序列并验证它们的性质，同时仿真出m序列相关特性图形并加以比较，并对选码的相应指标自、互相关特性进行讨论，其技术关键和难点在于m序列优选对的查询和利用MATLAB程序直接读取本原多项式表中的8进制数，产生m，而不需将8进制表示的本原多项式转换为2进制后，再进行m的产生，简化人工计算的步骤。第二章 扩频通信理论概述2.

19、1 扩展频谱通信的基本概念2.1.1 扩频通信的含义扩频（SS：Spread Spectrum）技术广泛应用在通信、导航和测量系统。扩频通信系统是指在发送端通过信息与伪随机码(扩频码)调制来将信号的频谱展宽，使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽，既采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱，同时在收端采用相同的扩频码进行相关解调来解扩以恢复所传信息数据。2.1.2 扩频通信的理论基础香农(shannon)在其信息论中得到如下有关信道容量的结论： 式中，C为信道容量，单位为bps；B为信号频带宽度，单位为Hz；S为信号平均功率，单位为w；N为噪声平均功率，单位为w。香农公式原意是说，在给定信

20、号功率和白噪声功率N的情况下，只要采用某种编码系统，就能以任意小的差错概率，以接近于C的传输速率来传送信息。这个公式还暗示：在保持信息传输速率C不变的条件下，可以用不同频带宽度B和信息和噪声功率比（简称信噪比）来传输信息。换言之，频带B和信噪比是可以互换的。也就是说，如果增加信号频带宽度，就可以在较低的信噪比的条件下以任意小的差错概率来传输信息。上述表明，采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱的方法可以换取信噪比上的好处。扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱，在接收端解扩后恢复了所传信息，这一处理过程带来了信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比大有改善，从而提高了系统的抗

21、干扰能力。2.1.3 扩频通信系统的组成(1) 扩频通信系统的工作方式扩频通信技术是应用频谱展宽技术，实现加密、选址通信的一门新学科。由于扩频通信具有很多优点，如抗干扰能力强，隐蔽性好，多址能力强，误码率低，易于实现保密通信以及可以随机接人，任意选址等，使得扩频通信技术越来越受到人们的重视，获得了广泛的应用。在当今各种信息快速传递的时代，要求有更多的通信功能和通信资源，而现在频带非常有限。为了提高频带利用率，要求单位波段应具有尽可能大的信息传输容量。扩频通信(Spread Spectrum Communication)是将待传送的信息数据被扩频序列(Spreading Sequence)调制，

22、实现频谱扩展后再传输，接收端则采用相同的扩频序列解扩及相关处理，恢复原始信息数据。图2.1为扩频通信的基本原理图。信源编码扩频调制射频调制变频扩频解调信源解码扩频码发生器射频发生器本地射频发生器信息信息本地扩频码发生器图2.1扩频通信的基本原理图扩频通信系统的基本组成如图2.1所示。在发端输人的信息首先经过信源编码进行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，展宽以后的信号再调制到射频以发送出去。在收端接收到的信号，经变频到中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去解扩，最后经信源解码进行信息解调，恢复成原始信息输出。显然，它与一般的通信系统相

23、比，扩频通信增加了扩频调制与扩频解调部分。(2) 载频调制电路经过扩频的信号，还要进行载频调制，以便在信道上有效地传输。在图2.2频率变换就是载频调制，载频调制一般情况下采用相移键控方式。相移键控的基本方式包括绝对调相（BPSK）和相对调相（DPSK）两种。目前移动通信中的调制方式多数是在这两种基本方式基础上改进的，如正交相移键控（QPSK）调制、交错正交相移键控（OQPSK）调制和四相相对相移键控(QDPSK)调制等，这些方式属于多进制数字相位调制。与二进制数字调制相比，多进制数字调制具有以下两个特点：一是在码元速率相同条件下，多进制调制的信息速率比二进制高；二是在信息速率相同条件下，多进制

24、的码元宽度大，每个码元的能量增加了，减小了码间串扰影响等。正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。正交相移键控（QPSK）调制，也称作四进制绝对移相键控，基带信号是四进制信号，即00，01，10，11，对应于载波的四种不同相位，如表2.1所示，四进制的双比特码元的前一信息比特用a表示，后一信息比特用b表示。双比特码元载波相位ABA方式B方式00011110 表2.1 QPSK调制码元与载波相位的对比QPSK信号常用的产生方法有相位选择和直接调相两种方法。相位选择法原理框图如图2.2所示。图中，四相载波发生器产生QPSK信号所需的四种不同相位的载波。输入的二进制数码经串/并变换器

25、输出双比特码元。按照输入的双比特码元的不同，逻辑选相电路根据表2.1输出相应相位的载波。 图2.2相位选择法产生QPSK信号原理图QPSK调制信号可表示为，式中第一项称为同相分量，第二项称为正交分量。由此可见，QPSK调制也可看成是两路信号同时进行BPSK调制，只是两路的载波和相互正交，最后将BPSK两个信号相加，通过带通滤波器，就得到QPSK信号，这种产生QPSK信号的方法称为直接调相法，原理框图如图2.3所示，图中将输入的基带信号经串/并转换电路将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列a和b，分别进行BPSK正交调制，将所得到的两路已调信号相加，通过带通滤波器，就得到QPSK信号。由

26、于QPSK四相绝对移相信号可以看作是两个正交BPSK信号的合成，因此，对QPSK信号的解调可以采用与BPSK信号类似的解调方法，即由两个BPSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图2.4所示。图中双极性序列a和b经并/串变换器还原成二进制双比特串行序列。此法也称为极性比较法。图2.3 直接调相法产生QPSK信号原理图调制器低通滤波器抽样判决并串变换相干载波移相调制器低通滤波器抽样判决ab输出定时信号定时信号调制信号图2.4 QPSK极性比较法解调原理图(3) 解扩原理收、发两端同步的扩频信号相关(相乘并积分)称为解扩。这个与输入信号相关的本地扩频序列参考信号是通过接收机同步模块中的捕获与跟踪环

27、路来获得的。我们所讨论的解扩是在已经实现码元同步的前提下进行。在扩频通信中，常用信号的相干性来恢复湮没在噪声中的有用信号。所谓相干性是指信号的某个特性标记（通常指相位）在时间坐标上有规定的时间关系。互相关运算就是用一个与信号有密切相干关系的本地参考信号与（为噪声）相乘后积分的运算，处理过程如图2.5所示：图2.5相干检测原理图本地参考信号与信号的频率相同，而且相位相干，相乘器可以用鉴相器(或环形平衡混频器)来实现，低通滤波路起到积分的作用。本地参考信号由同步模块提供。对于FH和DS系统，解扩的过程是一样的，它们的区别在于，本地参考信号是跳频序列还是直接序列信号，这要由接收到的输入信号的形式来决

28、定。它们的共同点是：FH和DS系统所得到的处理增益都是由于在相关处理过程中，把有用的宽带信号变换成窄带信号，并把无用信号(干扰)变成宽带信号，从而降低了干扰信号的功率谱密度，提高了窄带滤波器(基带滤波器)输出端的信噪比，而获得系统处理增益。扩频信号的解扩相关器一般有两种基本形式：“直接式”相关和“外差式”相关。本系统仅使用DS扩频方式，这里仅就DS外差式相关器的解扩方式进行介绍。外差式相关器是一种相关输出信号与输入信号的中心频率不同的相关器。在相关解扩的过程中，载有信息的信号被变换到一个新的中心频率上(即某个中频)，这就避免了直接泄漏的可能性，同时也简化了接收机的设计，使外差式相关器后面的电路

29、在较低的频率下工作，性能也较为稳定。图2.6即为DS外差式相关器的原理图：双边带混 频 器双边带混 频 器恢复的载波接收机相移键控调制信号本地振荡器调制码= 输入中心频率= 基带信号 2.6 DS外差式相关器DS相关器中产生一个本地参考信号，它与所接收的信号有一个频差，即差一个中频，与发送端信号的区别在于本地参考信号是没有被信息码调制的。从发射机和接收机的频谱搬移过程图2.7中，我们能清楚地看出外差式相关器的工作过程。双边带混 频 器双边带混 频 器调制码本地振荡器相关输出至中放本地参考信号0图2.7 外差式相关器中信号的频谱2.2 扩频通信的主要特性 (1) 抗干扰能力强：由于扩频信号的不可

30、预测性，扩频系统具有很高的抗干扰能力扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。对于单频及多频载波信号的干扰、其它伪随机调制信号的干扰，以及脉冲正弦信号的干扰等，扩频系统都有抑制干扰、提高输出信噪比的作用。特别是对抗敌方人为干扰方面，效果很突出，抗干扰能力强是扩频通信系统最突出的优点。(2) 隐蔽性好：由于扩频信号在很宽的频带上被扩展了，扩频信号的功率被非常均匀地分布在很宽的频率范围内，以致被传输信号功率密度很低，侦察接收机难以检测。因此，扩频系统具有低截获概率性。所以，应用扩频码序列扩展频谱的直接序列扩频系统，可在信道噪声和热噪声的背景下，在很低的信号功率谱密度上进行通信。信

31、号既然被湮没在噪声里，敌方就很不容易发现有信号存在，而想进一步检测出信号的参数就更困难了。因此，扩频信号具有很低的被截获概率。这在军事通信上十分有用，即可进行隐蔽通信。此外，值得指出的是，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对目前广泛使用的各种窄带通信系统的干扰就很小。近年来，在民用通信中，各国都在研究和试验在原有窄带通信的频段内同时进行扩频通信，这可大大提高频率的利用率。这是鉴于上述的扩频通信系统既有很强的抗干扰性能，又以低功率谱密度发射信号，对窄带通信系统的干扰很小之故，可对不同的用户使用不同的码，其它用户无法窃听他们的通信，因而扩频通信系统具有高的保密性。扩频通信系统技术所研究的主要问题

32、是性能度量、扩频码的设计与产生及其性能、扩频信号的截获和跟踪以及扩频系统的干扰抑制能力等。(3) 可以实现码分多址：扩频通信具有较强的抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。但是，如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用正交或准正交的扩频码序列之间的相关特性，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以不同码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。它与利用频带分割的频分多址（FDMA）或时间分割的时分多址（TDMA）通信的概念类似，即利用不同的码型进行分割，所以称为码分多址（CDMA）种码分多址方式，虽然要占用

33、较宽的频带，但平均到每个用户占用的频带来计算，其频带利用率是较高的。最近研究表明，在3种蜂窝网移动通信系统，即FDMA的AMPS系统、TDMA的GSM系统和CDMA的蜂窝系统中，CDMA系统的通信容量最大，即为FDMA的20倍，是TDMA的4倍。码分多址蜂窝网移动通信系统还具有软容量、软切换等一些独特的优点。(3) 抗衰落、抗多径干扰：移动信道属随参信道，信道条件最为恶劣。由于移动台不断移动，受地形地物的影响产生慢衰落现象。更为严重的是，由于多径效应产生快衰落现象，其衰落深度可达30dB。在频域上来看，多径效应会产生频率选择性衰落。扩频系统具有潜在的抗频率选择性衰落的能力。这是因为扩频通信系统

34、所传送的信号频谱已扩展很宽，频谱密度很低，如在传输中小部分频谱衰落时，不会使信号造成严重的畸变。2.3 扩频通信系统分类扩频通信系统一般分为3类：(1)直接扩频系统(DS)，(2)频率跳变系统(FH)，(3)混合式扩频系统。下面分别介绍。2.3.1 直接序列扩频系统(DS-SS) 直接序列扩频（DS-SS）系统是使用最普遍的一种，其原理方框图如图2.8所示。直接序列扩频（DS-SS）通过直接用伪随机信号产生的随机序列与多个基带信号脉冲数据相乘来扩展基带数据。在直接序列系统中通常对载波进行相移键控调制，在接收端可能会采用相干或差分PSK解调。为了节省发射功率和提高发射机的工作效率，扩谱系统中采用

35、平衡调制器。抑制载波的平衡调制对提高扩频信号的抗侦破能力也有利。当扩频信号采用相移键控调制后由天线发射出去。在接收机中要有一个和发射机中的伪随机码同步的本地码，对接收信号进行解扩（也叫做缩谱），解扩后的信号送到解调器取出传送的信息。这种直接扩展频谱系统具有很多优点，但是也有不足之处。直接扩展频谱系统在隐蔽性、保密性、抗干扰能力、抗多径效应能力等方面有明显的优点，并且可以实现码分多址和精确的测距定位，具有通信和导航能力的综合信息系统中显示了直接扩展频谱系统的优势。但直接扩展频谱系统存在明显的远近效应，处理增益受限，意味着抗干扰能力受限，多址能力受限。信息调制扩频调制射频调制变频中频带通信息调制P

36、N码发生器射频发生器本地射频发生器信息信息PN码发生器同步电路图2.8直接序列扩频的通信系统基本结构2.3.2 跳频扩频系统（FH-SS）跳频扩频系统是利用伪随机序列指令码对系统的载波频率进行控制的，其载频受到一伪随机码的控制，在一定的传输时间内跳换频率。频率的跳跃安排可认为是一串随时间变化并具有伪随机特性的调制信号数据。跳频扩频系统框图如图2.9所示。信息调制扩频调制射频调制变频中频带通信息调制PN码发生器射频发生器本地射频发生器信息信息可变频率合成器可变频率合成器PN码发生同步电路图2.9 跳频扩频的通信系统基本结构在发送端，信源产生的信号去调制频率合成器的载频，得到射频信号。用伪随机码去

37、控制频率合成器，使频率合成器输出的频率随伪随机码的状态变化而变化，这样就可以得到一个载频不断变化的射频信号。在接收端，接收到的信号与干扰经过高放滤波后进行解跳，解跳是把一个频率跳变的射频信号转变为一个固定的中频信号，与一般定频系统不同的是，接收端的本振也是一跳变信号，跳变规律受接收端的伪随机码控制。接收端的伪随机码与发送端的伪随机码是相同的，控制方式也是相同的，不同的只是伪随机码的起始状态或者初相位不同。通过解调后，就可以把传输的信号解调出来。对于干扰信号而言，由于不知道跳频变化的规律，与本地频率合成器产生的频率不相关，被排斥到中频通道之外，不能进入中频通道，也就无法对系统形成干扰，这样跳频系

38、统就达到了抗干扰的目的。跳频扩频系统的载波频率是跳变的，当跳频图案足复杂时，抗干扰能力、抗截获能力和保密性是很强的，并且载波频率的快速跳变，使系统具有抗多径衰落的能力，另外由于信号只在某个频点上产生远近效应，当载波频率跳变至另一个频点时可避免远近效应，这使得跳频系统在移动通信中易于得到应用与发展。但跳频扩频系统的信号隐蔽性差，当跳频的频率数目中有一半的频率被干扰时，对通信会产生严重影响，并且伪随机性好的跳频图案的跳频器在制作上遇到很多困难，使得跳频系统的各项优点也受到了局限。2.3.3 时间跳变扩频系统(TH-SS)在时间跳变扩频系统中，伪随机的扩频码是用来控制发射机的通断的。对m于序列来说，

39、由于0与1个占了约一半，时间跳变系统的发射占空比接近50%。时间跳变扩频系统因其抗干扰性能不强，通常并不单独使用。在时分多址通信系统中利用跳时来减少网内干扰，并能改善系统中存在的远近效应。2.3.4 各种主要的混合式扩频系统上面的三种基本扩频系统各有优缺点，优点与局限性作对比，便可看出它们的优缺点是互补的，单独使用一种系统有时难以满足要求,可以将三种基本扩频系统组合构成混合式扩频系统，如：将跳时(TH)分别与直接扩频(DS)和跳频(FH)相结合则构成直扩/跳频系统(DS/FH)、直扩/跳时(DS/TH)系统、跳频/跳时(FH/TH)系统和直扩/跳频/跳时(DS/FH/TH)扩频系统。混合式扩频

40、系统在技术实现上比较复杂，但可以使系统的各项性能指标大大改善。例如跳频系统和直扩系统都具有很强的抗干扰能力，这两种扩频方式都具有自己的优点和不足之处，将两者有机地结合，形成直扩/跳频扩频系统（DS/FH）就可以使系统的各项性能指标大大改善。直扩/跳频扩频系统是在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能，它的基本工作方式是直接序列扩频，因此系统的同步也是以直接序列的同步为基础的。采用DS/FH混合扩频系统后，不仅提高了系统的抗干扰能力，而且将跳频和直扩系统的优点集中起来，克服了单一扩频方式的不足，如直扩系统对同步要求高，“远一近”效应影响大等，但这些不足正是跳频系统的优点；跳频系统在抗

41、频率选择性衰落、抗多径等方面的能力不强，直扩系统恰好弥补了它的不足；DS/FH/TH混合式扩频系统是最复杂的，但是对于一个有多种功能的系统，需要解决诸如抗干扰、抗多径效应、实现码分多址和精确的测距等问题，就不得不同时采用多种扩频方式了。第三章 扩频通信中使用的伪随机码（PN码） 扩频系统通过信息与扩频码相乘来实现扩频。扩频系统的抗干扰、保密、多址、捕获与跟踪等都与扩频码的设计密切相关，因此扩频码的生成和性能评估是扩频系统的关键核心技术，决定了系统的性能甚至成败。扩频系统对扩频序列的要求是：(1) 尖锐的自相关特性，既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；(2

42、) 每对扩频序列的互相关函数值应该处处为0尽可能小的互相关值；(3) 足够多的序列数；(4) 序列平衡性好；(5) 工程上易实现。根据随机序列的特点，我们发现用纯随机序列作扩频码是最理想的。随机序列是具有白噪声统计特性的信号，可克服多径干扰实现有效和可靠的保密信息传输。但真正的随机序列是没有周期，无法复制的。更重要的是，这种不可复现性使得扩频通信无法完成。因为在扩频通信系统的接收机中为了解扩应当有一个同发送端扩频码同步的副本，系统必须复制出当初扩频时的那个扩频码，这样才能剥离载波，还原信息。因此，在实际扩频通信中只能使用有周期的伪随机序列作为扩频码。伪随机序列一方面它是可以预先确定的，并且是可

43、以重复地生产和复制的，一方面它又具有某种随机序列的随机特性。伪随机序列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用，在扩展频谱系统中，常使用伪随机码来扩展频谱。扩频码中应用最广的是m序列、Gold序列，其它还有、截短m序列、M序列以及L序列和霍尔序列等。下面着重介绍一下m序列。3.1 m序列通常产生伪随机序列(PN，PseudorandomNumber)的电路为一反馈移位寄存器，一个N级反馈移位寄存器由两部分组成：移位寄存器和反馈函数。移位寄存器是一个位序列，每生成一位时，移位寄存器中所有的位都向右移一位，移出的位就是输出结果，左边空出的位由反馈函数对其他位进行运算后的结果填充。如图3.1所示。图中从左到右依序叫第1级，第2级，第n级移位寄存器，反馈函数的输入端通过系数与移位寄存器的各级状态相联（断或=1通），输出通过反馈线作为的输入。移位寄存器在时钟的作用下把反馈函数的输出存入，在下一个时钟周期又把新的反馈函数的输出存入而把原的内容移入，依次循环下去，不断输出。当反馈函数是线性函数时，该反馈移位寄存器就叫线性反馈移位寄存器，否则为n级非线性移位寄