6第六章擴(kuò)頻通信

1、移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823第六章第六章 擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信技術(shù)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 6.1 概述概述 6.2 偽隨機(jī)碼和正交碼偽隨機(jī)碼和正交碼 6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理 6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī) 6.5 跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng) 6.6 偽碼的同步偽碼的同步移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.1 概述概述擴(kuò)頻通信具有頻率分集和時(shí)間分集的特點(diǎn)，是第三代移動(dòng)通信擴(kuò)頻通信具有頻率分集和時(shí)間分集的特點(diǎn)，是第三代移動(dòng)通信無(wú)線傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。無(wú)線傳輸?shù)闹髁骷夹g(shù)。發(fā)展歷史：發(fā)展歷史：移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823p19

2、41年，由好萊塢女演員年，由好萊塢女演員Hedy Lamarr 和鋼琴家和鋼琴家George Antheil提出提出的，基于對(duì)魚雷控制的安全無(wú)線通信的，基于對(duì)魚雷控制的安全無(wú)線通信的思路的思路,不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有不幸的是，當(dāng)時(shí)該技術(shù)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方科學(xué)家的重視引起美國(guó)軍方科學(xué)家的重視6.1 概述概述移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823pHedy的專利提出的最重要概念是的專利提出的最重要概念是“展展布頻譜技術(shù)布頻譜技術(shù)”，最先指出了用頻率跳變，最先指出了用頻率跳變的方式擴(kuò)大通訊容量并保密信息。正是的方式擴(kuò)大通訊容量并保密信息。正是這個(gè)思路帶引導(dǎo)了移動(dòng)數(shù)字通信技術(shù)的這個(gè)思路帶引導(dǎo)了移動(dòng)

3、數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展。發(fā)展。p1957年，一家紐約的小公司重新繼續(xù)年，一家紐約的小公司重新繼續(xù)研發(fā)這個(gè)創(chuàng)意，將其提供給美國(guó)軍方，研發(fā)這個(gè)創(chuàng)意，將其提供給美國(guó)軍方，才逐漸引起了軍方的重視，才逐漸引起了軍方的重視， 戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣戰(zhàn)爭(zhēng)期間廣泛應(yīng)用于軍事抗干擾通泛應(yīng)用于軍事抗干擾通 信，防止敵方對(duì)信，防止敵方對(duì)己方通訊的干擾。己方通訊的干擾。6.1 概述概述p80年代冷戰(zhàn)結(jié)束，美國(guó)軍方解除了對(duì)展頻技術(shù)的管制，允許年代冷戰(zhàn)結(jié)束，美國(guó)軍方解除了對(duì)展頻技術(shù)的管制，允許其應(yīng)用于民用領(lǐng)域其應(yīng)用于民用領(lǐng)域移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823p1985年高通公司在加州成立，研發(fā)出了年高通公司在加州成立，研發(fā)出了CDM

4、A系統(tǒng)，基礎(chǔ)就是系統(tǒng)，基礎(chǔ)就是 “展頻展頻”和和“跳頻跳頻”技術(shù)技術(shù)6.1 概述概述p當(dāng)前主要的三大當(dāng)前主要的三大3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、CDMA2000 都都源于高通公司對(duì)源于高通公司對(duì)CDMA技術(shù)的技術(shù)的開發(fā)。開發(fā)。pHedy，CDMA之母：是第一之母：是第一個(gè)將現(xiàn)代個(gè)將現(xiàn)代3G數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)的核心思想帶到這個(gè)世界的人的核心思想帶到這個(gè)世界的人，直到以，直到以CDMA為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的3G技技術(shù)開始走入人們視野的術(shù)開始走入人們視野的1997年年，科學(xué)界才想起了已經(jīng)，科學(xué)界才想起了已經(jīng)83歲高歲高齡的齡的Hedy ，電子前沿基金會(huì)授，電子前沿基金會(huì)授予了她早應(yīng)得到的

5、榮譽(yù)予了她早應(yīng)得到的榮譽(yù)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823擴(kuò)頻通信的定義擴(kuò)頻通信的定義p擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬頻帶的擴(kuò)展由擴(kuò)頻碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力和通信頻帶的擴(kuò)展由擴(kuò)頻碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力和通信隱蔽性。隱蔽性。由高通公司開發(fā)已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的由高通公司開發(fā)已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)的IS-95系統(tǒng)是擴(kuò)頻系統(tǒng)是擴(kuò)頻系統(tǒng)商業(yè)化的光輝典范。系統(tǒng)商業(yè)化的光輝典范。p以前調(diào)制方案的主要設(shè)計(jì)思想是最小化傳輸帶寬，而擴(kuò)頻調(diào)制以前調(diào)制方案的主要設(shè)計(jì)思想是最小化傳輸帶寬，而擴(kuò)頻調(diào)制采用寬帶調(diào)制技術(shù)，以信道帶寬來(lái)?yè)Q取信

6、噪比的改善。采用寬帶調(diào)制技術(shù)，以信道帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比的改善。6.1 概述概述移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)定理擴(kuò)頻通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)定理p香農(nóng)信息論中的香農(nóng)定理：對(duì)于連續(xù)信道，信道帶寬為香農(nóng)信息論中的香農(nóng)定理：對(duì)于連續(xù)信道，信道帶寬為B,且受且受到高斯白噪聲的干擾，香農(nóng)公式為到高斯白噪聲的干擾，香農(nóng)公式為sbitNSBC/)1(log2若噪聲單邊帶功率譜密度為若噪聲單邊帶功率譜密度為 ，則，則0nBnN0sbitBnSBC/)1 (log026.1 概述概述用頻帶換取信噪比是擴(kuò)頻通信的基本原理用頻帶換取信噪比是擴(kuò)頻通信的基本原理移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院

7、 綜合樓823p當(dāng)當(dāng) S和和 一定時(shí)，信道容量雖然一定時(shí)，信道容量雖然 隨著隨著B的增大而增大，的增大而增大， 然然C不會(huì)趨于無(wú)限大。不會(huì)趨于無(wú)限大。B0n022000220200log (1)/log (1)1limlog (1)log1.44limlog1.44xBn BSSSCBbit sn BnSn BxexSSCenn利用關(guān)系式:所以:這是用頻帶換取信噪比的這是用頻帶換取信噪比的極限容量極限容量6.1 6.1 概述概述是否可以一味的犧牲帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比上性能的提高是否可以一味的犧牲帶寬來(lái)?yè)Q取信噪比上性能的提高？移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823擴(kuò)頻方法擴(kuò)頻方法p直接序列擴(kuò)頻（直接

8、序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum）簡(jiǎn)稱直）簡(jiǎn)稱直擴(kuò)（擴(kuò)（DS）；）； p跳變頻率擴(kuò)頻（跳變頻率擴(kuò)頻（Frequency Hopping），簡(jiǎn)稱跳頻），簡(jiǎn)稱跳頻FH）；）； p跳變時(shí)間擴(kuò)頻（跳變時(shí)間擴(kuò)頻（Time Hopping），簡(jiǎn)稱跳時(shí)（），簡(jiǎn)稱跳時(shí)（TH）；）；p寬帶線性調(diào)頻（寬帶線性調(diào)頻（Chirp Modulation），簡(jiǎn)稱），簡(jiǎn)稱Chirp。6.1 6.1 概述概述擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)：擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)： p信號(hào)的功率譜密度低信號(hào)的功率譜密度低，因此信號(hào)具有隱蔽性且功率污染小；，因此信號(hào)具有隱蔽性且功率污染??； p有利于數(shù)字加密、防止

9、竊聽；有利于數(shù)字加密、防止竊聽； p抗干擾性強(qiáng)，可在較低的信噪比條件下，保證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量；抗干擾性強(qiáng)，可在較低的信噪比條件下，保證系統(tǒng)傳輸質(zhì)量； p抗衰落能力強(qiáng)；抗衰落能力強(qiáng)；p能實(shí)現(xiàn)碼分多址復(fù)用（能實(shí)現(xiàn)碼分多址復(fù)用（CDMA）；）； 移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼偽碼：偽碼：偽隨機(jī)噪聲序列偽隨機(jī)噪聲序列(PN,Pseudo-noise Sequence),是具有類似是具有類似于隨機(jī)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的確定序列。于隨機(jī)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的確定序列。正交正交Walsh碼：碼：一組二值的非正弦型的正交函數(shù)。一組二值的非正弦型的正交函數(shù)。地址碼的選擇直接影響地址碼

10、的選擇直接影響CDMA系統(tǒng)的性能，地址碼有系統(tǒng)的性能，地址碼有3個(gè)要求：個(gè)要求：（1）偽碼比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的要求；）偽碼比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的要求；（2）偽碼應(yīng)具有尖銳的）偽碼應(yīng)具有尖銳的自相關(guān)特性自相關(guān)特性，正交編碼應(yīng)具有尖銳的，正交編碼應(yīng)具有尖銳的互互相關(guān)特性相關(guān)特性；（3）偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)）偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì) 移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823一、偽隨機(jī)序列（一、偽隨機(jī)序列（PNPN序列）序列） PN PN序列序列-具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但它不是真正具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但它不是真正隨機(jī)的，而是隨機(jī)的，而是按一定的規(guī)律周期性地變化按一

11、定的規(guī)律周期性地變化。PNPN序列有多種，如序列有多種，如m m序列，序列，GoldGold序列序列1 1、m m序列序列a) ma) m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生線性線性反饋反饋移位寄存器序列移位寄存器序列（m m序列），是由具有線性反饋移序列），是由具有線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的位寄存器產(chǎn)生的的一種序列。周期是的一種序列。周期是21nN n n是移位寄存器的級(jí)數(shù)是移位寄存器的級(jí)數(shù)6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼以長(zhǎng)度以長(zhǎng)度( (周期周期) )為為7 7的的m m序列為例，產(chǎn)生電路邏輯框圖如下：序列為例，產(chǎn)生電路邏輯框圖如下：移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 在時(shí)鐘脈沖作用下移存器狀態(tài)

12、不斷變化，假設(shè)初始狀態(tài)為在時(shí)鐘脈沖作用下移存器狀態(tài)不斷變化，假設(shè)初始狀態(tài)為a a2 2=0, a=0, a1 1=0=0， a a0 0=1=1，其狀態(tài)變化圖表如圖所示。，其狀態(tài)變化圖表如圖所示。在第在第7 7個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，移存器回到初始狀態(tài)，因此序列周期為個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，移存器回到初始狀態(tài)，因此序列周期為7 7，三級(jí)移存器產(chǎn)生的序列周期三級(jí)移存器產(chǎn)生的序列周期不會(huì)超過(guò)不會(huì)超過(guò) 2 23 3-1-1狀態(tài)變化圖狀態(tài)變化圖非全非全0 0初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖全全0 0初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖初始狀態(tài)下狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜

13、合樓823由由n n級(jí)具有線性反饋移位寄存器組成的碼序列發(fā)生器如圖級(jí)具有線性反饋移位寄存器組成的碼序列發(fā)生器如圖反饋輸出反饋輸出a an n與移存器狀態(tài)與移存器狀態(tài)a an-1n-1a an-2n-2a an-3n-3aa0 0關(guān)系為關(guān)系為1122330nnnnnac ac ac ac a6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼PNPN序列輸出序列輸出C Ck k=0=0表示反饋斷開，表示反饋斷開， C Ck k=1=1表示反饋連接表示反饋連接移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823反饋邏輯可由反饋邏輯可由n n階移位寄存器的特征多項(xiàng)式階移位寄存器的特征多項(xiàng)式f(x)f(x)描述，描述，

14、2012()nnfxcc xc xc x通常反饋支路總是接入的，通常反饋支路總是接入的，c c0 0=1.=1.p不同特征多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)不同的序列。由不同特征多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)不同的序列。由n n級(jí)寄存器組成的線性級(jí)寄存器組成的線性反饋電路所產(chǎn)生的序列周期反饋電路所產(chǎn)生的序列周期( (長(zhǎng)度長(zhǎng)度) )不會(huì)超過(guò)不會(huì)超過(guò)2 2n n-1,-1, 其中周期等其中周期等于于2 2n n-1-1的序列即為的序列即為m m序列。序列。p m m序列反饋系數(shù)序列反饋系數(shù)不能是任意的不能是任意的， 產(chǎn)生產(chǎn)生m m序列的充分必要條件序列的充分必要條件是其特征多項(xiàng)式是本原多項(xiàng)式。是其特征多項(xiàng)式是本原多項(xiàng)式。注意：注意：6.2

15、6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼b) mb) m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)( (均衡性、游程特性、移位相加特性、自相關(guān)性、互相關(guān)性均衡性、游程特性、移位相加特性、自相關(guān)性、互相關(guān)性) )p(1)(1)均衡性均衡性在在m m序列的一個(gè)完整周期序列的一個(gè)完整周期2 2n n-1-1內(nèi)，內(nèi)，1 1碼和碼和0 0碼數(shù)大致相同，碼數(shù)大致相同，1 1比比0 0只多一個(gè)只多一個(gè)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823p(3)(3)移位相加特性移位相加特性一個(gè)一個(gè)m m序列序列MpMp與其移位序列與其移位序列MrMr模二加得到的序列模二加得到的序列MsMs仍然是仍然是MpMp的移位序列，只是移位位數(shù)與的移位序

16、列，只是移位位數(shù)與MrMr不同。不同。p(2)(2)游程特性游程特性符號(hào)符號(hào)1 1或或0 0連續(xù)相同的一段子序列叫一個(gè)游程。連續(xù)相同的一段子序列叫一個(gè)游程。m m序列游程總數(shù)序列游程總數(shù)為（為（N+1)/2,N+1)/2,長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為1 1的游程占游程總數(shù)的的游程占游程總數(shù)的1/21/2，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為2 2的游的游程占程占1/41/4，長(zhǎng)度為，長(zhǎng)度為k k的游程占的游程占1/21/2k k。最長(zhǎng)游程是。最長(zhǎng)游程是n n個(gè)連個(gè)連1 1，最長(zhǎng)，最長(zhǎng)連連0 0游程長(zhǎng)度為游程長(zhǎng)度為n-1n-16.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼p(4)(4)自相關(guān)特性自相關(guān)特性若把若把m m序列表示為一

17、個(gè)雙極性序列表示為一個(gè)雙極性NRZNRZ信號(hào)，用信號(hào)，用-1-1表示邏輯表示邏輯1 1，+1+1表表示邏輯示邏輯0 0，兩序列，兩序列a,ba,b的互相關(guān)函數(shù)為的互相關(guān)函數(shù)為若若a=b,a=b,則為自相關(guān)函數(shù)則為自相關(guān)函數(shù),11( )Na bkklkRla bN移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823m序列的序列的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)是周期的二值函數(shù)。可以證明，對(duì)長(zhǎng)度為是周期的二值函數(shù)。可以證明，對(duì)長(zhǎng)度為N的的m序列有序列有 ,10,1,2, .( )1a alk NkRllN其余l(xiāng)和和R(l)都是取離散值都是取離散值6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼雙極性雙極性m序列是一個(gè)周期性脈沖信號(hào)

18、序列是一個(gè)周期性脈沖信號(hào)m(t),如圖如圖每個(gè)脈沖稱作碼每個(gè)脈沖稱作碼片，當(dāng)序列周期片，當(dāng)序列周期N很大時(shí)，很大時(shí)，m序列的序列的自相關(guān)函數(shù)與白自相關(guān)函數(shù)與白噪聲類似，噪聲類似，N越大，越大，m序列越呈現(xiàn)隨機(jī)序列越呈現(xiàn)隨機(jī)信號(hào)特性信號(hào)特性。11101001110100移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823p(5)(5)互相關(guān)特性互相關(guān)特性描述相同周期描述相同周期N=2N=2n n -1-1兩個(gè)不同的兩個(gè)不同的m m序列序列anan、bnbn一致的程度，一致的程度，互相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算：互相關(guān)函數(shù)可由下式計(jì)算：,11( )Na bkk lkRla bN互相關(guān)值越小，說(shuō)明兩序列差別越大互相關(guān)值越

19、小，說(shuō)明兩序列差別越大同一周期的同一周期的m m序列組，其兩兩序列組，其兩兩m m序列對(duì)的互相關(guān)特性差別很大，序列對(duì)的互相關(guān)特性差別很大，有的有的m m序列對(duì)互相特性差，不能實(shí)際應(yīng)用序列對(duì)互相特性差，不能實(shí)際應(yīng)用對(duì)于周期為對(duì)于周期為2 2n n -1 -1的的m m序列組，其最好的序列組，其最好的m m序列對(duì)的互相關(guān)函數(shù)序列對(duì)的互相關(guān)函數(shù)值只取值只取3 3個(gè)，分別是：個(gè)，分別是：6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼( )21( )( )ct nNR lNt nN(2) 2( )12nt n 這這3 3個(gè)值被稱為理想三值，個(gè)值被稱為理想三值，能夠滿足這一特性的能夠滿足這一特性的m m

20、序序列對(duì)稱為列對(duì)稱為m m序列優(yōu)選對(duì)序列優(yōu)選對(duì)，它們可以用于實(shí)際工程它們可以用于實(shí)際工程移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823m m序列功率譜是一個(gè)離散譜，序列功率譜是一個(gè)離散譜， 等于周期性自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變等于周期性自相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換換222011( )=( )sincncnNnnP fffNNTNN圖圖( (a a) )給出了給出了N N=7=7的的m m( (t t) )的功率譜特性。圖的功率譜特性。圖( (b b) )給出了一些功率譜給出了一些功率譜包絡(luò)隨包絡(luò)隨N N變化的情況變化的情況6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼c) mc) m序列的功率譜序列的功率譜移動(dòng)

21、通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823由圖可看出功率譜特點(diǎn)：由圖可看出功率譜特點(diǎn)：離散譜，譜線間隔為離散譜，譜線間隔為f=1/(NTc)=1/Tf=1/(NTc)=1/T帶寬近似等于帶寬近似等于1/Tc=N/T1/Tc=N/T譜線包絡(luò)以譜線包絡(luò)以 規(guī)律變化規(guī)律變化直流分量強(qiáng)度與直流分量強(qiáng)度與N N2 2成反比成反比在序列周期在序列周期T T保持不變的情況下，保持不變的情況下，隨著隨著N N的增加的增加，m(t)m(t)的碼片的碼片Tc=T/NTc=T/N變短，脈沖變窄，頻譜變寬，變短，脈沖變窄，頻譜變寬，m(t)m(t)頻譜變寬變平且功率頻譜變寬變平且功率譜密度下降，接近高斯白噪頻譜譜密度下降，接

22、近高斯白噪頻譜6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼2sin( /)cn N移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 m m序列反饋系數(shù)不能是任意的序列反饋系數(shù)不能是任意的, ,產(chǎn)生產(chǎn)生m m序列的充分必要條件是序列的充分必要條件是其特征多項(xiàng)式是本原多項(xiàng)式。其特征多項(xiàng)式是本原多項(xiàng)式。結(jié)論：結(jié)論：同長(zhǎng)度不同反饋邏輯的同長(zhǎng)度不同反饋邏輯的m m序列的數(shù)目等于同冪次的本原多序列的數(shù)目等于同冪次的本原多項(xiàng)式的數(shù)目，可以證明項(xiàng)式的數(shù)目，可以證明n n冪次本原多項(xiàng)式數(shù)目為冪次本原多項(xiàng)式數(shù)目為(21)nsNn( )x 為歐拉函數(shù)，等于：小于為歐拉函數(shù)，等于：小于x x的并與的并與x x互質(zhì)的數(shù)的個(gè)數(shù)

23、互質(zhì)的數(shù)的個(gè)數(shù)( (包括包括1)1)6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼d) md) m序列的數(shù)目序列的數(shù)目當(dāng)當(dāng)m m序列長(zhǎng)度（周期）序列長(zhǎng)度（周期）不很大時(shí)，同長(zhǎng)度的不很大時(shí)，同長(zhǎng)度的不同不同m m序列的數(shù)目不多。序列的數(shù)目不多。多址系統(tǒng)中，多址系統(tǒng)中，m m序列作序列作地址碼就不夠用了。地址碼就不夠用了。移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼2 2、GoldGold序列序列 m m序列尤其是序列尤其是m m序列優(yōu)選對(duì)，是特性很好的偽隨機(jī)序列，但數(shù)序列優(yōu)選對(duì)，是特性很好的偽隨機(jī)序列，但數(shù)目很少，不便于在碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用。目很少，不

24、便于在碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用。 R.GoldR.Gold于于19671967年提出了一種基于年提出了一種基于m m序列優(yōu)選對(duì)序列優(yōu)選對(duì)的碼序列，的碼序列，GoldGold序列。序列。 由由優(yōu)選對(duì)的兩個(gè)優(yōu)選對(duì)的兩個(gè)m m序列逐位模序列逐位模2 2加得到加得到，當(dāng)改變其中一個(gè)當(dāng)改變其中一個(gè)m m序列序列的相位時(shí)，可得到一新的的相位時(shí)，可得到一新的GoldGold序列序列。 a) Golda) Gold序列的生成序列的生成注意：注意：GoldGold序列已不是序列已不是m m序列，但具有與序列，但具有與m m序列優(yōu)選對(duì)類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性，且產(chǎn)生序列數(shù)目多序列優(yōu)選對(duì)類似的自相關(guān)和互相關(guān)特性，且產(chǎn)生序

25、列數(shù)目多 GoldGold序列產(chǎn)生電路序列產(chǎn)生電路m m序列發(fā)生器序列發(fā)生器1 1的初始狀態(tài)不變，的初始狀態(tài)不變，調(diào)整調(diào)整m m序列發(fā)生器序列發(fā)生器2 2的初始狀態(tài)。的初始狀態(tài)。通過(guò)設(shè)置通過(guò)設(shè)置m m序列發(fā)生器序列發(fā)生器2 2的不同的不同初始狀態(tài)，可以得到不同的初始狀態(tài)，可以得到不同的GoldGold序列序列移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 相關(guān)特性相關(guān)特性具有與具有與m m序列優(yōu)選對(duì)相類似的自相關(guān)和互相關(guān)特序列優(yōu)選對(duì)相類似的自相關(guān)和互相關(guān)特 性性 ：當(dāng)當(dāng)=0=0時(shí)自相關(guān)函數(shù)與時(shí)自相關(guān)函數(shù)與m m序列相同，具有尖銳的自相關(guān)峰；當(dāng)序列相同，具有尖銳的自相關(guān)峰；當(dāng)1N-1 1N-1 時(shí)自相關(guān)

26、函數(shù)取三個(gè)理想的值時(shí)自相關(guān)函數(shù)取三個(gè)理想的值周期周期( (長(zhǎng)度長(zhǎng)度)N=2)N=2n n -1 -1的的m m序列優(yōu)選對(duì)生成的序列優(yōu)選對(duì)生成的GoldGold序列，由于其中序列，由于其中一個(gè)一個(gè)m m序列每次不同移位都產(chǎn)生新的序列每次不同移位都產(chǎn)生新的GoldGold序列，總共有序列，總共有N+2=2N+2=2n n +1+1個(gè)。個(gè)。隨著隨著n n的增加，的增加，GoldGold序列數(shù)以序列數(shù)以2 2的的n n次冪增長(zhǎng)次冪增長(zhǎng) , ,比比m m序列多很多序列多很多b) Goldb) Gold序列的特性序列的特性6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓82

27、3 平衡的平衡的GoldGold序列是指在一個(gè)周期內(nèi)序列是指在一個(gè)周期內(nèi)11碼元數(shù)比碼元數(shù)比00碼元碼元數(shù)僅多一個(gè)，數(shù)僅多一個(gè)，只有平衡只有平衡GoldGold序列才可以用到碼分多址通信系序列才可以用到碼分多址通信系統(tǒng)中去統(tǒng)中去 對(duì)于周期對(duì)于周期2 2n n-1-1的的m m序列優(yōu)選對(duì)生成的序列優(yōu)選對(duì)生成的GoldGold序列，當(dāng)序列，當(dāng)n n是奇數(shù)時(shí)，是奇數(shù)時(shí)，有有2 2n-1n-1+1+1個(gè)個(gè)GoldGold序列是平衡的，約占序列是平衡的，約占50%50%；當(dāng)；當(dāng)n n是偶數(shù)（不是是偶數(shù)（不是4 4的倍數(shù)）時(shí)，有的倍數(shù)）時(shí)，有2 2n-1n-1+ 2+ 2n-2n-2+ 1+ 1個(gè)個(gè)Gol

28、dGold序列是平衡的，約占序列是平衡的，約占75%75% 在在WCDMAWCDMA系統(tǒng)中，下行鏈路采用系統(tǒng)中，下行鏈路采用GoldGold碼區(qū)分小區(qū)和用戶，上行碼區(qū)分小區(qū)和用戶，上行鏈路采用鏈路采用GoldGold碼區(qū)分用戶碼區(qū)分用戶 b) b) 平衡的平衡的GoldGold序列序列6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼移動(dòng)通信移動(dòng)通信3 3、WalshWalsh碼碼a) Walsha) Walsh函數(shù)波形函數(shù)波形WalshWalsh函數(shù)集是完備的非正弦型正交函數(shù)集，相應(yīng)的離散函數(shù)集是完備的非正弦型正交函數(shù)集，相應(yīng)的離散WalshWalsh函數(shù)就是函數(shù)就是WalshWalsh碼碼(

29、 (序列序列) ) N N階階WalshWalsh函數(shù)集可定義為函數(shù)集可定義為N N個(gè)子函數(shù)的集合，記為個(gè)子函數(shù)的集合，記為Wal(j,t),Wal(j,t),j=0,1,2,.,N-1, Wal(j,t)j=0,1,2,.,N-1, Wal(j,t)在在-1,+1-1,+1中取值，中取值，j j表示每個(gè)子函表示每個(gè)子函數(shù)符號(hào)改變次數(shù)，任意兩個(gè)子函數(shù)具有正交性數(shù)符號(hào)改變次數(shù)，任意兩個(gè)子函數(shù)具有正交性8階Walsh函數(shù)波形0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1

30、1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼對(duì)對(duì)WalshWalsh函數(shù)波形在函數(shù)波形在8 8個(gè)等間隔上取樣，并個(gè)等間隔上取樣，并用用0 0、1 1表示，可得到表示，可得到WalshWalsh序列序列, ,可用可用8 88 8的的WalshWalsh矩陣表示矩

31、陣表示0 00 00 00 00 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 01 10 11 00 11 00 11 01 00 10 10 11 01 00 10 10 10 1移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823b) Walshb) Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系WalshWalsh序列可由哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生。哈達(dá)瑪矩陣是一方陣，各行序列可由哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生。哈達(dá)瑪矩陣是一方陣，各行（列）之間是正交的，最低階哈達(dá)瑪矩陣為二階（列）之間是正交的，最低階哈達(dá)瑪矩陣為二階20001H 遞推公式：遞推公式：2NNNNNHHHHH其中其中N N取取2 2的冪，的冪， 是

32、的是的 補(bǔ)補(bǔ)NHNH6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼2242 2220000010100110110HHHHHH如：如：4482 44400 00 00 0001 01 01 0100 11 00 1101 1001 1000 00 11 1101 01 10 1000 11 11 0001 10 1001HHHHHHQualcomm-CDMAQualcomm-CDMA數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)字系統(tǒng)中采用采用6464階階walshwalsh碼作為前向碼作為前向碼分信道，可支持碼分信道，可支持6464個(gè)信個(gè)信道，并采用道，并采用6 46 4 位 的 正 交位 的 正 交WalshWalsh函

33、數(shù)來(lái)用作反向信道函數(shù)來(lái)用作反向信道的編碼調(diào)制的編碼調(diào)制移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823c) Walshc) Walsh函數(shù)的頻域特性和相關(guān)特性函數(shù)的頻域特性和相關(guān)特性同長(zhǎng)度不同編號(hào)的同長(zhǎng)度不同編號(hào)的WalshWalsh函數(shù)頻帶寬度是函數(shù)頻帶寬度是不同的不同的，頻帶寬度取，頻帶寬度取決于其最短游程的寬度決于其最短游程的寬度周期性互相關(guān)函數(shù)周期性互相關(guān)函數(shù)0( )( , )( ,)TijRW i t W j tdt分析表明分析表明 ，而，而 (0)0ijR( )0,0ijR在同步狀態(tài)下，互相關(guān)為在同步狀態(tài)下，互相關(guān)為0 0，而在不同步狀態(tài)下，其自相關(guān)和互，而在不同步狀態(tài)下，其自相關(guān)和互相關(guān)旁

34、瓣值都比較大，相關(guān)旁瓣值都比較大，不利于在異步碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用不利于在異步碼分多址系統(tǒng)中應(yīng)用6.2 6.2 偽隨機(jī)碼與正交碼偽隨機(jī)碼與正交碼移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.3 6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻和解擴(kuò)擴(kuò)頻和解擴(kuò)直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾的能力直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾的能力 移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 直擴(kuò)系統(tǒng)擴(kuò)展信號(hào)帶寬方法是，用一個(gè)直擴(kuò)系統(tǒng)擴(kuò)展信號(hào)帶寬方法是，用一個(gè)PNPN序列和數(shù)據(jù)相乘，序列和數(shù)據(jù)相乘，以以2PSK2PSK為例，直接擴(kuò)頻系統(tǒng)如圖，信道理想，不考慮噪聲為例，直接擴(kuò)頻系統(tǒng)如圖，信道理想，不考慮噪聲 b(t)和和c(t)為雙極性為雙極性NRZ碼，通常，

35、碼，通常，b(t)一個(gè)比特長(zhǎng)度一個(gè)比特長(zhǎng)度Tb=NTc， b(t)帶寬為帶寬為Bb=1/Tb,c(t)帶寬為帶寬為Bc=1/Tc6.3 6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理1 1、擴(kuò)頻與解擴(kuò)、擴(kuò)頻與解擴(kuò)a) a) 擴(kuò)頻擴(kuò)頻( )( ) ( )x tb t c t移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)波形直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)波形b(t)和和c(t)相乘的結(jié)果使攜帶信息的相乘的結(jié)果使攜帶信息的基帶信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展到近似為基帶信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展到近似為c(t)的帶寬的帶寬Bc，擴(kuò)展的倍數(shù)就等于擴(kuò)展的倍數(shù)就等于PN序列一周期的碼片數(shù)序列一周期的碼片數(shù)： cbbcBTNBT6.3 6.3 擴(kuò)頻通信

36、原理擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻后的基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻后的基帶信號(hào)進(jìn)行2PSK調(diào)制，得到信號(hào)調(diào)制，得到信號(hào)s(t)：( )( )cos( ) ( )cosccs tx ttb t c tt調(diào)制后信號(hào)調(diào)制后信號(hào)s(t)帶寬為帶寬為2Bc而信號(hào)的功率譜密而信號(hào)的功率譜密度下降到原來(lái)的度下降到原來(lái)的1/N移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 不考慮信道噪聲及各種干擾信號(hào)，接收機(jī)接收到的信號(hào)不考慮信道噪聲及各種干擾信號(hào)，接收機(jī)接收到的信號(hào)r(t)=s(t)，接收到的信號(hào)首先和本地產(chǎn)生的，接收到的信號(hào)首先和本地產(chǎn)生的PN碼碼c(t)相乘。由于相乘。由于 c2(t)=（1）2=1,所以所以 ( ) ( )( ) (

37、)( ) ( )cos( )( )cosccr t c ts t c tb t c tt c tb tt相乘所得信號(hào)是帶寬為相乘所得信號(hào)是帶寬為2/Tb的窄帶的窄帶2PSK信號(hào)，這一操作過(guò)程就信號(hào)，這一操作過(guò)程就是解擴(kuò)。是解擴(kuò)。a) 解擴(kuò)解擴(kuò)6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理要正確解擴(kuò)要正確解擴(kuò), ,要求本地要求本地的的PNPN碼序列和發(fā)射機(jī)的碼序列和發(fā)射機(jī)的PNPN碼序列嚴(yán)格同步碼序列嚴(yán)格同步解擴(kuò)和相關(guān)解調(diào)波形如圖解擴(kuò)和相關(guān)解調(diào)波形如圖移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823結(jié)論：結(jié)論：DS系統(tǒng)在發(fā)送端直接用系統(tǒng)在發(fā)送端直接用高碼率的擴(kuò)頻碼去展寬數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜，高碼率的擴(kuò)頻碼去展寬數(shù)據(jù)信號(hào)頻譜，而

38、在接收端用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，還原成原始的窄帶信號(hào)；而在接收端用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行解擴(kuò)，還原成原始的窄帶信號(hào)；擴(kuò)頻后帶寬擴(kuò)展了擴(kuò)頻后帶寬擴(kuò)展了N倍，功率譜下降到倍，功率譜下降到1/N；擴(kuò)頻碼與傳輸信息無(wú)關(guān)，僅是起擴(kuò)展信號(hào)頻譜帶寬作用；擴(kuò)頻碼與傳輸信息無(wú)關(guān)，僅是起擴(kuò)展信號(hào)頻譜帶寬作用；6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823設(shè)設(shè)i(t)為一窄帶干擾信號(hào)為一窄帶干擾信號(hào),其頻率接近信號(hào)的載波頻率。接收機(jī)輸其頻率接近信號(hào)的載波頻率。接收機(jī)輸入信號(hào)入信號(hào)與一般窄帶傳輸相比，擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)：與一般窄帶傳輸相比，擴(kuò)頻系統(tǒng)的特點(diǎn)： 抗窄帶干擾的能力，抗窄帶干擾的能力，分析抗窄帶

39、干擾的接收模型如圖分析抗窄帶干擾的接收模型如圖( )( )( )r ts ti t6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理2、直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾的能力、直擴(kuò)系統(tǒng)抗窄帶干擾的能力它和本地它和本地PNPN序列相乘后：序列相乘后：2( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )cos( ) ( )( )cos( ) ( )ccr t c ts t c ti t c tc t b tw ti t c tb tw ti t c t移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823窄帶干擾信號(hào)窄帶干擾信號(hào)i(t)和和c(t)相乘后，其帶寬被擴(kuò)展到相乘后，其帶寬被擴(kuò)展到2Bc,設(shè)輸入干擾設(shè)輸入干擾信號(hào)功率為信號(hào)功率為

40、Pi，i(t)c(t)是功率譜密度為是功率譜密度為Pi/2Bc=PiTc/2的干擾信的干擾信號(hào)，落入信號(hào)帶寬的干擾功率為號(hào)，落入信號(hào)帶寬的干擾功率為6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理ibpocPTGNPT22ciiobT PPPTN解擴(kuò)后擴(kuò)頻系統(tǒng)的輸出干擾功率是輸入干擾功率的解擴(kuò)后擴(kuò)頻系統(tǒng)的輸出干擾功率是輸入干擾功率的1/N ，即擴(kuò)，即擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益為頻系統(tǒng)的處理增益為Gp擴(kuò)頻處理增益等于擴(kuò)頻系統(tǒng)帶寬的擴(kuò)展因子擴(kuò)頻處理增益等于擴(kuò)頻系統(tǒng)帶寬的擴(kuò)展因子移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 擴(kuò)頻信號(hào)對(duì)窄帶干擾的抑制作用在于：擴(kuò)頻信號(hào)對(duì)窄帶干擾的抑制作用在于：接收機(jī)對(duì)信號(hào)解擴(kuò)的接收機(jī)對(duì)信號(hào)解擴(kuò)的同

41、時(shí)對(duì)干擾信號(hào)的擴(kuò)頻，降低了干擾信號(hào)的功率譜密度同時(shí)對(duì)干擾信號(hào)的擴(kuò)頻，降低了干擾信號(hào)的功率譜密度系統(tǒng)處理增益越大，抵抗各種干擾能力就越強(qiáng)，但對(duì)頻譜無(wú)限系統(tǒng)處理增益越大，抵抗各種干擾能力就越強(qiáng)，但對(duì)頻譜無(wú)限寬噪聲，擴(kuò)頻不起作用寬噪聲，擴(kuò)頻不起作用6.3 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信原理移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)1、抗多徑干擾、抗多徑干擾利用利用PN序列的尖銳的自相關(guān)特性和很高的碼片速率，可以抵抗序列的尖銳的自相關(guān)特性和很高的碼片速率，可以抵抗多徑干擾，以第一個(gè)到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)時(shí)間為參考，其后信號(hào)多徑干擾，以第一個(gè)到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)時(shí)間為參考，其

42、后信號(hào)到達(dá)時(shí)間為到達(dá)時(shí)間為Td(i),i=1,2,討論兩徑討論兩徑擴(kuò)頻后信號(hào)擴(kuò)頻后信號(hào)( )( ) ( )x tb t c t經(jīng)載波調(diào)制后經(jīng)載波調(diào)制后( )( )coscs tx tw t接收信號(hào)接收信號(hào)01( )( )()dr ta s ta s tT設(shè)二徑衰減設(shè)二徑衰減a a0 0=1,a=1,a1 11,1,于是于是1( )( )cos()cos()cdcdr tx tw ta x tTw tT和本地相干載波相乘得和本地相干載波相乘得1()()2cos()(1 cos2)()cos(2) cosccdcc dc df tr twtxtwtaxt Twt wTwT移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院

43、綜合樓823設(shè)本地?cái)U(kuò)頻碼和第一徑信號(hào)同步對(duì)齊，設(shè)本地?cái)U(kuò)頻碼和第一徑信號(hào)同步對(duì)齊，f(t)c(t)得得1( )( ) ( )( ) ( )(1 cos2)() ( )cos(2)coscdccdcde tf t c tx t c tw ta x tT c tw tw Tw T積分器相當(dāng)于積分器相當(dāng)于低通濾波器低通濾波器，在，在t=Tb時(shí)刻，積分器輸出時(shí)刻，積分器輸出10020011()( ) ( )cos() ( )11( )( )() () ( )bbbbTTbcbdbbTTdddbby Tx t c t dt aw Tx tT c t dtTTb t c t dt kb tT c tT c

44、t dtTT1cos1dcdkaw T式中式中6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制碼元為設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制碼元為b-1b0b1,時(shí)序圖時(shí)序圖在在t=Tb時(shí)刻，抽樣輸出時(shí)刻，抽樣輸出2100101010111( )( )() () ( )11() ( )() ( )()()bbdbdTTbdddbbTTddddTbbdcddcbdy Tbc t dt kb tT c tT c t dtTTbkb c tT c t dtkbc tT c t dtTTbk b RTk bR TT第二徑對(duì)第一徑的干擾第二徑對(duì)第一徑的干擾Rc是是c(t)局

45、部自相關(guān)函數(shù)局部自相關(guān)函數(shù)01( )( ) ()cbRc t c tdtT6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823對(duì)一個(gè)對(duì)一個(gè)m序列來(lái)說(shuō)，當(dāng)序列來(lái)說(shuō)，當(dāng) 時(shí)，其局部自相關(guān)系數(shù)幅度比較小，時(shí)，其局部自相關(guān)系數(shù)幅度比較小，正是正是PN序列這種好的自相關(guān)特性，抑制了與它不同步的其他多序列這種好的自相關(guān)特性，抑制了與它不同步的其他多徑分量。徑分量。cT結(jié)論：結(jié)論：只有與本地相關(guān)器擴(kuò)頻碼同步的這一多徑信號(hào)分量可以被解調(diào)，只有與本地相關(guān)器擴(kuò)頻碼同步的這一多徑信號(hào)分量可以被解調(diào)，而抑制了其它的不同步多徑分量的干擾，即而抑制了其它的不同步多徑分量的干擾，即在混

46、疊的多徑信號(hào)在混疊的多徑信號(hào)中，單獨(dú)分離出與本地?cái)U(kuò)頻碼同步的多徑分量。中，單獨(dú)分離出與本地?cái)U(kuò)頻碼同步的多徑分量。6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823 利用擴(kuò)頻碼良好的自相關(guān)特性，可以很好的抑制多徑干擾，利用擴(kuò)頻碼良好的自相關(guān)特性，可以很好的抑制多徑干擾，特別是多徑時(shí)延大于碼片時(shí)。特別是多徑時(shí)延大于碼片時(shí)。多徑分離接收機(jī)多徑分離接收機(jī)(Rake)思想：思想：每個(gè)多徑分量都攜帶相同信息，每個(gè)多徑分量都攜帶相同信息，具有能量，利用這些能量就可變害為利。具有能量，利用這些能量就可變害為利。RAKE接收機(jī)的原理圖如下接收機(jī)的原理圖如下2、多徑分離接收

47、機(jī)、多徑分離接收機(jī)(RAKE receiver)6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)每個(gè)相關(guān)器和多徑信號(hào)中的每個(gè)相關(guān)器和多徑信號(hào)中的一個(gè)不同時(shí)延的分量同步，一個(gè)不同時(shí)延的分量同步，輸出是攜帶相同信息但時(shí)延輸出是攜帶相同信息但時(shí)延不同的信號(hào)，把這些輸出延不同的信號(hào)，把這些輸出延時(shí)對(duì)齊，然后合并，可增加時(shí)對(duì)齊，然后合并，可增加信號(hào)能量，改善信噪比信號(hào)能量，改善信噪比移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823v 利用各多徑信號(hào)分量的能量，改善接收信號(hào)的質(zhì)量利用各多徑信號(hào)分量的能量，改善接收信號(hào)的質(zhì)量v 信號(hào)的頻譜擴(kuò)展使信號(hào)獲得了頻率分集的好處信號(hào)的頻譜擴(kuò)展使信號(hào)獲得了頻率分集的好處 v

48、多徑信號(hào)的分離接收把先后到達(dá)接收機(jī)攜帶同一信息的衰落多徑信號(hào)的分離接收把先后到達(dá)接收機(jī)攜帶同一信息的衰落獨(dú)立的多個(gè)信號(hào)能量加以利用，是一種時(shí)間分集獨(dú)立的多個(gè)信號(hào)能量加以利用，是一種時(shí)間分集Rake接收具有搜集多徑信號(hào)能量的能力接收具有搜集多徑信號(hào)能量的能力6.4 抗多徑干擾和抗多徑干擾和RAKE接收機(jī)接收機(jī)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8236.5 跳頻擴(kuò)頻通信跳頻擴(kuò)頻通信FHSS1、基本概念、基本概念 定義：定義：使使窄帶數(shù)字已調(diào)信號(hào)的載波頻率在一個(gè)很寬的窄帶數(shù)字已調(diào)信號(hào)的載波頻率在一個(gè)很寬的 頻率范頻率范圍內(nèi)隨時(shí)間跳變，跳變的規(guī)律稱作跳頻圖案，受圍內(nèi)隨時(shí)間跳變，跳變的規(guī)律稱作跳頻圖案，受

49、PN序列控制。序列控制。只要接收端按相同頻率跳變調(diào)諧只要接收端按相同頻率跳變調(diào)諧移動(dòng)通信移動(dòng)通信瞬時(shí)帶寬瞬時(shí)帶寬：跳頻信號(hào)在每一個(gè)瞬間都是窄帶已調(diào)信號(hào)，帶寬為：跳頻信號(hào)在每一個(gè)瞬間都是窄帶已調(diào)信號(hào)，帶寬為B跳頻帶寬跳頻帶寬：快速的頻率跳變形成了宏觀的寬帶信號(hào)，所覆蓋的：快速的頻率跳變形成了宏觀的寬帶信號(hào)，所覆蓋的整個(gè)頻譜范圍，整個(gè)頻譜范圍，W跳頻處理增益：跳頻處理增益：hWGB跳頻系統(tǒng)具有碼分多址和頻帶共享的組網(wǎng)能力。跳頻系統(tǒng)具有碼分多址和頻帶共享的組網(wǎng)能力。 6.5 跳頻擴(kuò)頻通信跳頻擴(kuò)頻通信FHSS PN碼發(fā)生器按指碼發(fā)生器按指定節(jié)拍不斷更新定節(jié)拍不斷更新輸出輸出m位比特，形位比特，形成一個(gè)

50、成一個(gè)2m進(jìn)制的進(jìn)制的跳頻指令序列，跳頻指令序列，混頻器按指令把混頻器按指令把MFSK信號(hào)搬移到信號(hào)搬移到各跳頻載波頻率各跳頻載波頻率點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻。跳頻同步跳頻同步是跳頻系統(tǒng)核心技術(shù)是跳頻系統(tǒng)核心技術(shù)移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓823跳頻分為慢跳頻和快跳頻跳頻分為慢跳頻和快跳頻跳頻周期：每一跳持續(xù)時(shí)間跳頻周期：每一跳持續(xù)時(shí)間Th,，Rh=1/Th跳頻速率跳頻速率根據(jù)調(diào)制符號(hào)速率根據(jù)調(diào)制符號(hào)速率Rs和跳頻速率和跳頻速率Rh分為：分為：慢跳頻：在每個(gè)載波頻率點(diǎn)上發(fā)送多個(gè)符號(hào)慢跳頻：在每個(gè)載波頻率點(diǎn)上發(fā)送多個(gè)符號(hào)Rs=KRh快跳頻：在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)，載波頻率發(fā)生多次跳變快跳頻：

51、在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)，載波頻率發(fā)生多次跳變Rh=KRs,抗干擾性和隱蔽性較好，但實(shí)現(xiàn)頻率合成器比較抗干擾性和隱蔽性較好，但實(shí)現(xiàn)頻率合成器比較困難困難碼片速率：碼片速率：Rc=max(Rs,Rh)6.5 跳頻擴(kuò)頻通信跳頻擴(kuò)頻通信FHSS碼片時(shí)間：碼片時(shí)間：Tc=min(Ts,Th)信號(hào)頻率保持不變的最短持續(xù)時(shí)間信號(hào)頻率保持不變的最短持續(xù)時(shí)間移動(dòng)通信移動(dòng)通信電控學(xué)院 綜合樓8232、跳頻系統(tǒng)抗干擾性、跳頻系統(tǒng)抗干擾性抗窄帶干擾：抗窄帶干擾：通過(guò)通過(guò)躲避干擾躲避干擾來(lái)獲得抗干擾能力來(lái)獲得抗干擾能力跳頻系統(tǒng)的抗干擾性能用跳頻系統(tǒng)的抗干擾性能用跳頻處理增益跳頻處理增益表示。表示。GSM系統(tǒng)在業(yè)務(wù)量大干擾大的

52、情況下常常采用跳頻系統(tǒng)在業(yè)務(wù)量大干擾大的情況下常常采用跳頻, 允許采允許采用用64種不同跳頻序列種不同跳頻序列 跳頻起著頻率分集的作用跳頻起著頻率分集的作用減小瑞利衰落減小瑞利衰落 可以分散來(lái)自其它小區(qū)的強(qiáng)干擾可以分散來(lái)自其它小區(qū)的強(qiáng)干擾抗同頻干擾抗同頻干擾 6.5 跳頻擴(kuò)頻通信跳頻擴(kuò)頻通信FHSS移動(dòng)通信移動(dòng)通信所謂兩個(gè)擴(kuò)頻碼同步，就是保持其時(shí)差（相位差）為所謂兩個(gè)擴(kuò)頻碼同步，就是保持其時(shí)差（相位差）為0狀態(tài)。狀態(tài)。 令令 、 為兩個(gè)長(zhǎng)度相等的偽碼，保持其同步就是為兩個(gè)長(zhǎng)度相等的偽碼，保持其同步就是使使 ，也就是，也就是 。電控學(xué)院 綜合樓823在碼分系統(tǒng)中相關(guān)接收要求本地地址碼（偽碼）與收到的發(fā)送在碼分系統(tǒng)中相關(guān)接收要求本地地址碼（偽碼）與收到的發(fā)送來(lái)的）地址碼同步。來(lái)的）地址碼同步。11()a t22()a t122106.6 擴(kuò)頻碼同步擴(kuò)頻碼同步通常在碼分多址系統(tǒng)中，所采用的地址碼都是周期性重復(fù)的序通常在碼分多址系統(tǒng)中，所采用的地址碼都是周期性重復(fù)的序列，即為：列，即為：其中其中T是是 長(zhǎng)度。擴(kuò)頻碼的同步主要是指長(zhǎng)度。擴(kuò)頻碼的同步主要是指 的同步。的同步。( )() ()iinc ta tnTt ( )ia t( )ic t令令 為接收到的偽碼，為接收到的偽碼， 為本地偽碼其周期為為本地偽碼其周期為T=NTc，N為碼位數(shù)（碼長(zhǎng)），為碼位數(shù)（