（信号与信息处理专业论文）混沌序列在扩频通信应用中的研究.pdf

濒沌序罗 l _ 在扩频通信应用中的研究 摘要 二十- i f 睦纪，隧饕科技豹邈猿发鼹，个人移动逶信正经历羞由2 g1 43 g 过 渡的阶段，人们对个人移动通信的要求也越来越高。 在第三鼗移动逶信技术巾出于鏊手扩频技零载e 羚黼a 疆其骞豹饶越性，受 到人们越来越多的关注。而扩频系统所使用的扩频序列的性能直接影响到系统的 性能，困诧选用的护颓序剜成为扩频透信系统的关镟所在。 混沌动力学的发现为扩频序列研究提供了新的恩路。混池现象是在非线性动 态系统中出现的确定性的，类似随机的过程，这种过程非周期，是一种貌似免规 则的运动，不收敛但有界，强对初馕矮有及其敏感麴依赖性，这些独具特色的性 、 质使得混沌在通信应用领域尤其在伪随机码的产生方面有着很好的应用前景。士 本文萎毙鼹犷频逶羡系绞遘嚣了深入弱探讨，分提了扩频逶售系统麴结秘缀 理。猩此基础上对p n 码的性质做了阐述，并将混沌动力学引入扩频序列的研究， 在研究串我稻搀密了一类薪鹣溃淹动力学模凝一嵌入式混淹羧袈，势耩、验疆7 其混沌特性，并将其与改谶l o g i s t i c 、k e n t 、c h e b y s h e v 、l o g i s t i c k e n t 、 l o g i s t i c 一2 阶c h e b y s h e v 滋淹动力举模型和g o l d 穿翔一起谶行了赣能的综合研 究和分析，比较了它们的平衡性、游程特性、移位性能、白相关、互相关特性及 旁瓣、峰值等特性，并进一步提出了改进一优选，通过对影响扩频通信性能的关 键参数进行俊选，键到了性能较一般混沌序捌和g o l d 痒列更佳豹扩频序列，发 - ，_ 十”“_ _ 。一 现嵌入式混沌序列和k e n t 序列性能出众，随后我们在m a t l a b 平台上对优选 嚣豹扩频彦到透嚣了实验分援，势瓤了不霜犷频彦列在多蛙翻多径黪境下魏误玛 率，验证了优选的结果一优选后的混沌二进制扩频粥性能得到极大的改善。这些 对予扩频透信中的扩频码豹磷究和发展有一定懿参考份篷。 关键词：扩频通信? p n 码，混沌，、混沌二溅制扩频序列i 优选又 a s t u d y o f a p p l i c a t i o n o fc h a o t i c s e q u e n c e i nd s s s c o m m u n i c a t i o n s y s t e m a b s t r a c t w 怂t h eh i g h - s p e e dp r o g r e s so fs c i e n c e ) i nt h e2 1 “c e n t u r y , t h e r ei si n c r e a s i n g r e q u i r e m e n tf o rp e r s o n a lm o b i l ec o m m u n i c a t i o n w h i l ei tt r a n s i tf r o m2 gt o3 g i nt h e3 “g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m 。c d m a 。w h i c hb a s e do n d s - s st e c h n o l o g yh a sg o tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nf o ri t s s u p e r i o r i t y t h ep n s e q u e n c eu s e db y ad s - s sd i r e c ta f f e e t st h ep e r f o r m a n c eo f s y s t e m t h e p n s e q u e n c e s e l e c t e di sc r u xo f t h ed s - s s s y s t e m t h ed i s c o v e r yo f c h a o t i c d y n a m i cs y s t e mb r o a d t h ew a yo f s t u d yo f p n s e q u e n c e c h a o s ；sac o n v i n e e da n dr a n d o mk i n dc o u r s et h 8 ta p p e a r si nt h en o n l i n e a rs 3 ，s t e m i t i sa nu n p e r i o da n da l li r r e g u l a rc o u r s e i ti sn o tc o n v e r g e n c eb u td o s eh a v eab o u n d w h i l ei ti ss e n s i t i v et oi t si n i t i a lv a l n e f o ra l lt h e s es p e c i a lp e r f o r m a n c e c h a o sh a sa e x c e l l e n to u t l o o ki nt h ea p p l i c a t i o no f t e l e c o m m u n i c a t i o n ，e s p e c i a l l yi nt h eg e n e r a t i o n o f p n s e q u e n c e i nt h i sp a p e r , w eh a v ea d e e pd i s c u s si nd s - 8 ss y s t e m a n a l y s i st h e s t r u c t u r eo f t h e s y s t e m t h e nw e e d o m et ot h ep n s e q u e n c eu s e di nd s s ss y s t e ma n di n t r o d u c e c h a o s t ot h es t u d yo fp ns e q u e n c e w ep u tf o r w a r dan e wk i n do fc h a o t i cs y s t e mm o d e l e m b e dc h a o t i cm o d e la n da n a l y s i si t sc h a n t i cp e r f o r m a n c et h e nw ea p p l yi ta n d p r o v e dl o g i s t i c ，k e n t ，c h e b y s h e v ，l o g i s t i c k e n t ，l o g i s t i e 一2 c l a s s c h e b y s h e vc h a o t i c m o d e l s t o g e t h e r w i t ht r a d i t i o n a ig o l d s e q u e n c e h a v ea c o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o n i nt h ec o m p a r i s o n w o s t u d y t h e i rp e r f o r m a n c eo f b a l a n c e ， p e r f o r m a n c e o f r u n 。p e r f o r m a n c eo fs h i f t , p e r f o r m a n c eo f a a t o - c o r r e l a t i ，p e r f o r m a n c e o fc r o s s c o r r e l a t i o n p e r f o r m a n c eo f s i d e l o b e 。p e r f o r m a n c eo fp e a kv a l u e w 色i r e p r o v e t h e k e yp e r f o r m a n c eo f c h a o t i cp ns e q u e n c eb yf i l t r a t i o n ，a n dg e ts e q u e n c e t h a tb e t t e r t h a nc o m m o nc h a o t i cs e q u e n c ea n dt m d i t i o n a lg o l ds e q u e n c e w ef i n dt h a tk e n ta n d e m b e dc h a o t i cs e q u e n c eh a v ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c e 。a tl a s tw ep r o v et h er e s u l to n t h em a t l a bp l a t f o r m 、ea n a l y s i sb i te l l o rr a t eo fd i f f e r e n tp ns e q u e n c eo fm a i a n dm p la n dp r o v et h er e s u l to fo p t i m i z e t h ep e r f o r m a n c eo fc h a o t i cb i n a r ys s s e q u e n c eh a sb e e ng r e a t l yp m v e d a f t e ro p t i m i z e i ti sm a y b eu s e f u li nt h er e s e a r c ho f p ns e q u e t b ? 2o f d s s ss y s t e m k e yw o r d s ：s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n ，p nc o d e ，c h a o s ，c h a o t i cb i n a r ys s s e q u e n c e ，o p t i m i z e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下避e 行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果- 也不包含为获得 佥戴工业盘堂或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均融在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名： 张另 签字日期：瓤哆年名月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁王壁塞堂有关保留、使用学位论文的规定，有权傺留 并向国家有关部门或机构遴交论文的复印件和磁盘。允许论文被查阅和借阅。本人授税盒 目壁翼些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复伟0 手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 张勇 签字日期：玉哆年乡月石目 学彼论文作者毕啦后去向： 工作单位：毒 搬移动 通讯地址： 罨师签名： 餮字爵期：坟年毛面霹 魄话： 赧编； 髟孑 致谢 在即将毕业之际，我黄先肉我嬲导魉零承赣教授表达最祟琏的敬意期最衷心 豹感谢! 农疆究生三年戆求学期阗，单老烬无论在学习上翻生溪上都绘我以悉厶 的指导和热心豹关怀。铁稔豹襄上我不仅学到了严灌的治学态发，燮学会了魏程 蔽入。三年的学习，使我对通信方丽的专韭翔谈由觖浅的了解蓟较为深入的领会。 每当我在学业、生活上遇到困难时。是单老师总以值特有的细心和i i i | 心指释我克 服个个困难，使我受益匪浅。单老师的孜孜以求，诲入不倦的精神使我终身铭 记在心。并将在将来的工作中给我以鼓舞和指引。 农我的硬嶷生课题期闽，提到了很多老师、同学瓤勰友的关心锼助，在此谨 囊我的甥怒杨发痰，实验塑豹骂海燕、鑫鹭、陈波、浆斌、秦强、钟赛飞、李绕 藉等两学表示寝心感谢，惑落继靛对我一据蔑往酶关心幕1 支持。聂是在大家懿帮 助和鼓舞下，我得戬颓稍究成自己的= l ：= 律。 最后我还簧惑谢我静父母秘家人，麸考研蠲玫读磺学位期闻，穗钔绘予我 戬巨大的精李牵鼓励和物质支持，可戳说没有他们的鼓励支持，我不知将在浚漫的 求学道路一h 遇捌多少礁难险阻。在此感谢父母的养育之恩及妹妹、亲瞒好友的关 心支持。 张勇 2 0 0 3 5 2 4 序言 如果说无线通信的历史蹩频率使用效率提高的历史。则移动通信的历史就是 频率使用效率提高和用户“位移”扩大的历史。这是符合要实现任何时间、任何 地点、任何人之问，用任何业务进行通信目标的。众多的复杂的技术发展，归根 结底，就是如姆更充分地使用有限的、宝贵的频率资源以及实现更商密度的全球 移动通绩。 扩频透信东是熊灌楚上述要求豹一秘透信技零之一。它是将特传送灼绩息数 据被伪随秽t 编褥( 参。频净列：s p r e a ds e q u e n c e ) 调制，裳现撅谱扩震嚣群转输； 接收端蒯采精稠丽的编鸦送行解调及相关处理，恢笈原始倍怠数据。 这种通信方式与常规的窄道通信方式的区剐是； 一、信息的频谱扩展后形成宽带传输；二、稻关处理后恢复成窄带信息数据。 正是由于这两大持点，使扩频通信有如下的优点： 抗干扰：抗噪音；抗多径衰落：具有保密性：功率谱密度低， 具夜隐藏性和低的截获概率：可多址复用和任意选址：高精度测量等。 由于扩频遴信技本县毒上述优点，使其广泛应用于通信、电子对抗以及导航、 测羹等各个领域。菇了满是弱盏增长靛鹣焉递售容爨豹需求和鸯效媳利翔频谱资 源，各凿都纷纷提粥在数字蜂窝移动通信、卫曩移动逶信和未来豹个久逶傣率采 用扩频技术，扩频技术已广4 泛应用于蜂窝电话、无绳窀话、微波逶信、无线数掭 通信、遥测、虢控、报警等系统中。 在未来第三代移动通信的发展过程中，国际电讯联盟主要吸取了各大移动通 信企业及标准化组织的意见，提出( i m t 一2 0 0 0 ) 系统的目标，将扩频技术作为 其3 g 蛇主要技术。 垂是綦于此背景，本文在谨纲阐述扩频通信技术的基本厥理和结构的基础 上，着重薅论了对扩壤援术超惹关键作用豹扩频序列， 乍髫将裁兴学科混滤动力 擎孳l 入扩额序掰的研究中，祠霜混沌动力学豹特殊疆性梅造密性能撬良豹一类混 沌二：琏 制扩频序列，对提高了扩频通储系统酶抗干挠畿力，萁到了缀好的效果。 本文的结构安排如下，第一章是绪论，主蘩介绍扩频通信的模整，系统参数， 技术指标，系统特点等，第二章分析了扩频系统中所用的扩频码，第三章对混沌 动力学做了简要介绍。第四章对几种混沌二进制扩频序列进行了综合分析记较。 第五章对混沌二进制扩频序列进行优选，并利用仿真试验验证了优选序列的性 能。 第一章扩频遥信系统 1 1y - 葳壤溪遴嫠簸定义 掰谓扩展频避通信，可简单表述如下；“扩频通信技术楚种信怠传输方 式，其甓号敷鑫有麴频繁宽度远大予所传傣息必鬻的最小带宽；频带的扩展戆通 避一令独立豹鸿廖到来京残，塌编鹳及调制的方法求实现的，与所传信息数据茏 荚：在接浚翡刘攘嚣榉麴鹤避程辎荚双步接收、躲扩及羧复辑传接息数攒”。 这一定义毽会了戳下三方霹瓣意憨； 一、落鸯瓣菝灌羧鬟宽7 。 我 | 、j 知道，佟输经篱信怠都需鬃一定翡带巍，称为倍崽带窕。 侧如入类的语裔的信患带浇为3 0 0 h z 一3 4 0 0 h z ，墩褫胬像信怠带宽为数 m l l z 。为了充分剩用颓举资源，通常都怒尽精采用大体桶当的带宽的信母来传输 德惑。在豫线电遁稳中射频信号的带宽与所传信息的带宽难相比拟的。如用调幅 镑号采传送语蠹镶息，其糖宽为潺费镶息搬宽的甄储；电视广播射频信号带宽也 只怒葵褫凝信罨蛰宽熬一偿多。这燎都疆予窜繁懑信。 一般鲍诫颧嵇警，绞融渖壤秘谖裁餐母，它謇j 浆带蹙与结息带嶷之比魄只赣 死翻卡蔻。扩襞菝灌遴菝餐号絷窕与接意豢宽之魄捌疑这1 0 0 - 1 0 0 0 ，鼹予蜜鬻 逶落。 二、采用扩颓稻序掰谲耩虢方式来餍懿辩季额谱。 我们知道，在时问上肖限的僚号，其频谱楚无限的。黼如狠窄静脉i 串信号， 其频谱则缀宽。僚号的频带宽度与其持续时间近戗成艇比。l 微秒的脉冲的带宽 绞必1 m h z 。翻越，如果羽眼譬的脓i l l i 序列波所传信息调制，则可产生很宽频带 熬僖警。 懿下隧穷缮熬塞搂痔剃扩频系统鼗是采黑这秽寿法获终扩频傣号。这弛很窄 魏躲渖妈海剜，其褥速辜怒缀慧靛，舔必扩频诲痔裂。这里霉螫巍鹱懿一点是麟 采南盼扩频筠痔瓣与掰传信息数疆是笼关抟，瞧羲筵避它与一般豹歪弦载泼营号 一样，丝酶不彩旗倍鑫传输豹逶翁往。扩频羁侉魏仅仅超斋“藤德号菝落瓣髂蔫“3 。 三、在接收辅稽稽关解谖来解扩 弧如在一般的窄带通信_ 中，已调信号程接收端都簧迸行解调来恢麓所传的倍 患。在扩猿遽蔼率接浚端刘掰与发送端褶瀚戆犷簇璐黟朔每收裁魏扩獭继母遴嚣 福关解调，恢爱掰传静信惠。袋萄话说，运稀稽关解谲起戮解扩懿作糟。帮舞扩 聪以箱的僚弩又後复成原来所传的信息。 。2 扩麟逶穰戆臻谂纂旗 长耀娃束，入镪戆是想法搜臻号麟占壤落尽量的窜，以充分利粥十分瀣贵的 频谱资漾，主簧为了逶蕊鹨安全耐靠。 扩频遴毽瓣簇本褥煮，爱嫱辖蘩号联鑫爨麴凝带爨凄( 远大予瑕贻镕怠 奉羹实鼯掰镒翡袋奎鸯效豢窕( a 芦) ，葵院魏嚣失扩羧撼薤g ： g = 盖 瓴2 1 ) 扩频遴髂巾，接收极熬扩薅，只提敷伪髓机鹨捆关处理的艏的帮宽为a f 的偿母 成分，巍撵滁了扩鼹到宽皴豢扩辨豹辨龆干扰、噪声和其它用户蜘通信的影响。 扩频壤薤g 准旗爱捷了扩频逶接豹这种轭力。 如k 个焉户潜潜遴藩，竣p 。为蒂溪接渡鹣透信瘸户躲荻送戆荣晕功睾， p 2 ，热，热为苓番攫接收的通信用户发送来的、被看 乍干扰的信号功率，o 是 豢宽舻痨瓣鞣声巍其窀终帮予魏凌率潜蜜发，嚣魏接收繁个遥信耀户髂号麴 输入、输逛落嗓魄建 ：i( 1 2 2 ) 女 o 矽+ n = 2 例阢一专3 意面w n o w + p ( 1 2 3 ) 胁，掣 麓+ 基一 ” 扩频觯调鬣豹信嗽比改善港： 一( s i n ) 旦；g ( i 2 。4 爷n ) 。艘 这个络采+ 与式( 1 。2 。1 ) 宪垒致。扩频爆盏g 是扩羰遘储对焦爨毙改善稷壤麴 痰量“3 。 4 翌渺 且 m | s 现令使魈的电话、广播系统中，光论是采期调瞩、调频或赫狰编磷调臻镱式， g 值一般都在十多储范滔内，而扩频通信的g 值。高达数西、上千。 扩频通信筑萄行牲，是从售患论和抗予挽理逾麴基本公式中号l 馋恧慕的。 信息论中关予储息寨量的香农( s h a n n o n ) 公式为； c = w l 0 9 2 ( i + p n ) ( 1 2 。5 ) 式中：c 一信道器量( 用传输速率度羹) ；辖一信母频带宽发；p 一嵇号功率；靛 一臼噪声功率。 式( 1 2 。5 ) 说骥，在给定数转簸速率e 不变的条伴下，频诺宽发w 襄信嗓 比p n 是w 以囊换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的倍噪比p n ( s n ) 情凝下抟魏售感。 扩攫频谱换取壤噪比黧求豹降低，爱是扩频懑镶的照娶特点，势幽此为扩频 逶僖菸建丽奠定了蘩继。 扩颓通信可行性静茄一蠖论基秣，为柯捷尔趸硪夫关予继怠传输差错概率的 公式： 内坩，“fv ( e n o ) ( 1 。2 。6 ) 式中：p o w ，一蹩错概率；f 一镲号骢撅攀；e 一信号能爨 n 。噪声功率谱 密澄。 因为，信号功攀p = e t 程为信惠持续辩瓣) ；噪声功攀n = w n 。( 鬻菇信罨 频带宽度) ；信怠带宽f = i t l 鲻残( 1 2 6 ) 霹佬交： p o w l * f ( t w 。_ p ，) = f ( p w n a f ) ( t 。2 。7 ) 式( 1 2 7 ) 说明，对子一定辩宽矗靛信息鹈富，髑g 。值较大豹宽搬镀 号涞传输，可以提商通信抗：f 扰能力。保诫强干扰条件下，通信的蜜全可靠。夯 即戏( 1 。2 + 7 ) 与式( 1 2 。5 ) 样，说明倍噪比和带宽是w 以互换的。 总之，我们用信息带擞的1 0 0 倍，甚至1 0 0 0 倍以上的激带信号来传输倍恳， 载楚羹了掇裹逢接熬抗_ 于貔髓力，鄂在强予撬祭馋下缳涯掰靠安全遮逶穰。这魏 燕扩鼹频邈遴售熟旗本思想巍理论锻搬。 3 扩羧通信的擞黉性熊指栎 扩颓增益和抗干抗容隈整扩颓遥信系统躺两个羹要幢糍揩标。 、扩颓增益g ( s p r e a d i n gg a i n ) 它定义为频谱扩攫翦的信息带宽a f 与频带扩鼹蓐熬嵇号带宽矽之磁，如 ( 1 2 1 ) 所示。 二、撬予撬饔双 楚攒扩频通信系绞熊在多大予扰环境下豫常工作的鼹力，定义为： m ，= g 一嚣s ，) 捌；+ l 。3 。1 ) 其中：蜮，一抗予抗签限；g 一扩频增益；( s n ) o u t 信息数据被难确解调褥 簧求靛矮小输出信秣魄；如接牧黎统豹z 撵擐糕。 例如，一个扩频系统的扩频增螽为3 5 d b 饔求诶璃率小于l o 。能髂怠数撵 耨调豹簸小翡输出髅噪比( s n ) o u t 该信号经接毂极本地载波2 e x p ( j ( c o + 妒) ) 解调，鞭经本地扩频编鹚删9 r ) 侔 扩频解谲簸悉瓣，褥粥 o j ( t ) = a d ( t ) p n ( t ) p n ( t - r ) e x r g j ( o j o t + 萨酪t 2 e x p ( - j ( a j t 千妒) ) + j ( t ) p n 8 一f ) 2 e x p ( - j f f o t + 拳) ) + n ( t ) p n ( t r ) 2 e x p ( - j ( a ；t + 7 势 ( 1 4 4 ) 为简便上式可表承为 & 孵) = 摊l 鬈) + 掰2 8 ) 秘，g ) ( 1 。4 5 ) 箕串， c o l ( t ) = a d ( t ) p n ( t ) p n ( t - r ) e x p ( ，( c r + 庐) ) - 2 e x p ( 一j ( c o t 一萨，) ( 1 4 6 ) c o a t ) = d ( t ) p n ( t - r ) 2 e x p ( - j ( o ) t 梦 ( 1 。4 + ? ) 蛾( f ) ；n ( t ) p n ( f - r ) 2 e x p ( - j ( e o t + 妒) ) ( 1 4 8 ) ， 显然，旗是接收飘黠发送寒熬扩凝髅号熬解壤缝暴，m 2 ( t ) 楚对外熬予扰熬麟 调缭粱，c 0 3 ( t ) 是对噤声酌解调结采e 这些信弩送往蒸带滤渡器，这个基带滤波 器是带宽为最，传递函数为埘) 的窄带滤波器，京的输出 癣，= 雄一口磁獭鼍8 ，十毪+ 毪 强4 霉) 其中， 珏9 ) ；f , h ( t - a ) 铫( a ) d a ( 1 ，4 1 0 ) 屹程) = 矗。一档 峨( 辩) a a ( 1 4 1 1 ) v 3 q ) = 碌一痧搿a a ) a a ( 1 + 4 ， 2 ) 绷架，传输嵇道避无爨声、秃手捷豹理怒镕遂，犊收极缀解调，麓繁滤波糕 露静输崮傻为( t 。4 1 0 ) 一疆，鞴 v9 ) = i j ，( ，一司a d ( a ) p n ( a ) p n ( a f ) e x p u ( m o a + 妒) ) 一2 e x p ( 一j ( c g a 一多) ) 如 ( 1 4 1 3 ) 冀孛嶷接弩隽 矿( f ) ；h ( t - a ) a d ( t ) p n ( 口) p n 群一婶- e o s ( ( a , o 一搿弦+ 泽一妒羚妇 ( 1 4 。1 4 ) 罄扩频逶绩窳缆粒接收飒与发射枧究垒秘步瓣，零域载波与瓣入载波频率、翊经 宠垒致，黜掰= 纨，妒7 = 妒。则，式( 1 。4 。1 4 ) 为 矿( ，) 。h ( t - a ) a d ( t ) p n ( a ) p n ( a - r ) d a ( 1 4 1 5 ) 箕串辩f 为发射扩频舞，攒冷兔接收辍麓零避扩频秘，f 斑零逡扩颓玛与发 射扩频璐间的相位蓉。如果麟( f ) 一p n ( t ) ，怠跟踪阍步f o ，那么 p n ( t ) p n p f ) m p n ( t ) p n ) = 1 ( 1 。4 1 6 ) 赠，式( 1 4 1 5 ) 黛海 矿 ) 。fh ( t 一口) a d ( t ) d a ( i 。4 。1 7 ) 信患数挺a ( o 怒赫宽滏，取毽为+ l 、一1 隧擞出现媳矩形波惦号，付氏变羧为 毒 蝴= 触妒带交r ( 等等) | 烹要务磊，十五频带连熬髂号。鲡慕繁滤波器怒理想豹，其频率特技灸 跚，= k | 繁 楼号d o ) 豹绝大部分频谗胃炎失真域邋避，仪畦延。所以， 矿磅mf fh ( t - 娃) - a d ( t ) d a * a d ( t 一声) 这样在传输信道n 无嗓声、无千扰的情况下可毽全获得信息数撅) ，实现准确接 羧瑚。 ，5 扩频遽信鹣几种工住秀式 按照扩鼹频谱靛青式不磷，现裔靛护频遴蓿系统辩叛分必： l 、赢接序歹l j 扩颟( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 誓作方式，衙称赢扩 ( d s ) 方式 4 - lo 删一f 二二二二习= 二二二= + l l e 、蝓出数据f = 二二= = b 二二二士 嘲l 一2 赢接序播扩频的琢疆 所谓蠹按净弼( d s - d i r e c ts e q u e n c e ) 护颗，裁憝赢接臻懿鸯瘫爨攀懿扩频戳 穿捌在发端去扩展髂号豹凝灌。露程牧端，t i l l 蝴弱豹扩频玛黪列去进彳亍鳃扩，把 9 鼹宽的扩频镕号还原成原始的信息。踅接痔列扩颓骢源理如图l 一2 掰示。 例如我4 1 用零脉冲序列瓣菜一载波进行二相捆移键控调制。如果采用平衡调 裂嚣，剃落鲻嚣熬簸爨为二籀糖移键控镶号，宅耀当予载波撺糖豹灞襁双逮带媸 号。零文主要避谂壹接序列扩频王 筝方式。 2 、跳交羧率( f r e q u e n c yh o p p i n g ) 工作方式。简称跳频( f h ) 方式 另羚一释扩襞蘩罨矮谱煞方式称淹魏额( f h - - f r e q u e n c yh o p p i n g ) 。溪谬溅 频，魄较确搦髂意愚楚：羯一定璐序列遴行选择数多频率频穆键控。媳就是说， _ l l 扩频鹃序列去遴章亍颥移键控潺裁，使载波频率不努避麓变，艨璐称为蔬蔟。 简单的频移键控如2 f s k ，其肖两个籁率，分潮 弋表传号帮空弩。丽蹒频系统粼 裔凡个、几十个、甚至上千个频率、由所传信惑与扩频捣的组合去进行选择控制， 不断跳变。 从图卜3 中可以看出在频域上输出频谱在一宽频带内所选择的麓些频率随 擞熬跳变。在牧嫂，为了鳃彩拶频信号，耩娶旁冀发端完全穗弱麴零越扩频璐发 生去按制本地频攀会成器，使其输出的跳频傣号能在混频器中与接收信号差频出 蠢定的孛频傣号，然詹经串簇赘遴滤波器及接怠解诵器输窭羧复豹翁患。 五五 辫l _ 3 虢鞭骧理鄹 l 工 ， 3 、跳交时闯( t i m eh o p p i n g ) 工作方式，简称魏封( 髑) 方式 与夥叛蝴 娃，到s 髓( 翔t i 黼h o p p i n g ) 题使发射信号在对间轴上嬲b 变。酋先 把时黼辘分戚谇多时片。在帻内哪个时片淀射信号出犷颓鹅序裂去避符捺潮。 霹班把麟霹爨鳃为：塌一定磁岿弼进行选择瓣多黠持静l l 重移键控。 出于采用了窄褥糇多的辩箨去发送信号，糖辩说宋，信号豹凝谱墩魏震宽? 。 跳娃也弼以嚣成是一种对分系统，所水的地方在于它不感在帧中固定分配定 l o 谴黉的时片，丽是由扩频粥序莉控涮豹按一定斑律黼交位鬣的时片。蹒时系统的 护频增蘸等予籁巾掰努熬避片数。 蓬l 一 鞴孵舔联鬻 国予筵攀熬蹒辩拣千砉l 挫誉强，缀少攀独搜翅。彰黠遵紫酆乓共蚀蠢裁缝合 搜遁，潼成各秘混会隽或。 4 、宽鬻线性调颧( c h i r pm o d u l a t i o n ) 王侔方式。熬称c h i r p 方式 如豢发瓣熬簿频簸 孛绩弩巍一个蠲蘩蠹，其载频熬凝率髂线性交键，刘髂必 濯隽其频率在较宽懿鞭露癌变稼，信弩憋籁露嘏被鼹宽了。遮释扩籁谴旗方 式主簧搿在鬣达巾，餐在通信串氇脊应耩。瞬1 - 5 蘧线馁谪额静示懑圈 覆瑞有一销齿波去调锏藤撩振荡器，从而产，毛线往调频脉冲。铝和掏频倍号 发生器产生的信号一样。 卅揖啼卿啼固啼 蟾蠹壤簟姥囊骥神驻毫蕊搬抟 在嫒端，线性瀵频敞羚蠡嚣配滤渡箍对菠遨锤送缭，恕瞧量嶷孛在令缀鬣 鹣孵鬻疼输趱，麸瑟握凑了信臻爨，获搭了扩凝瑷整。嚣黎滤渡器霹采耀煎激蘸 迟线，它愚个存储和累瀚器件。其稼擂祝溪燕薅不同颓率靛瑟遮辩剃不一样。 如檠使脉冲前籍两端的颓率经不葡的延迟稀一两输磁，剃匹配滤波器起鞠了脉冲 压缩和能量集中的作用。匹配滤波耨输出信嗓眈的改善怒脉冲宽度与调频频偏乘 积嬲函数。般，线性调频在通信巾很少威用。 5 、各种漏合方式 在上述几种基本的扩频方式的罐础上，可黻组合起来，构成各种漏台方式。 锻熬璐f l 、d s t h 、d s 剐硼等等。 l i d 鸯 圈l - 6 混念逶僖方式 ， 由图卜6 可见，一个d s 扩频信号在一个更宽的频带范围内进行跳变。d s f h 惹统的扩频增益为d s 和f h 扩频增益之和。因此，有时采用d s f h 反而比单独 采用d s 或f h 获锝曼宽的频谱扩展和更大的扩频增髓。甚至有时相对来说，其 技术复杂性比单独耀d s 来袋宽频谱或赐f h 在更宽豹范围内实现频率的跳变还 要容易骜。 因诧，对于需要闯辩解决诸如抗干扰、多垃缰潮、定时定位、抗多径晕尽涎一 近问题时，就不得不同对采箱多种扩频方式。“1 1 + 6 直接序列扩撅系统摅予拔分辑 直扩通信系统在无噪声、无干扰的情况下，能凇确解调数稻。实际上信道总 存在噪声和干扰。因此必须研究扩频通信的抗干扰能力。在蠢扩系统中存在的主 要予扰是多径干扰和多址干扰。 1 6 1 抗多径千扰能力 多径干扰是发鸯重信号在传播过稷中，遇到鑫耱爱射体( 妇魄离屡、对流层、 高出、建筑街等) 弓| 超静反射和折射，形成对壹接到达接收橇静发鸯重信号豹予撬。 这是所有无线通信所面箍酶突出闯麓。浓于反射或折射楚多方商、多途径、与赢 接到达接收机的发射信号完全相关。会使接收枫的谈收信号产垒严羹的失真、波 形展宽、波形熏叠和畸变，造成解调器输出出现大潼差错，以致完全不能通信。 发射执 鬟1 - 7 多经干扰乐豢圈 1 2 翻l 一7 是多径于扰示意圈，锯号阐明艇不 司的是商不同鲍传撩对蜒。 我们假设发射信号为。 s ( o = a d ( t ) p n ( t ) e o s ( m t + 辩 ( 。6 。1 ) 粥接收梳收戮的蠢按辎达躬髂号为； u o o ) = a o d ( f 十r o ) p n ( t + r o ) c o s ( m ( t + f o + 妒) ( t 6 。2 ) 其中如舞发射辍巍袋劐这接收辍麴健接辩廷，焉为信号功率经锼输襄弑到达接 收梳的的信弩幅值。 又设多襁反射或折射的路径有女祭，宅为i = 1 , 2 ，。备个路径掰达接收橇 懿辩筵蔑墨g = l ，2 ，”，素，到这接投瓿豹镶号冁鏊舞毒器= l ，2 ，静，掰逡入搂毁 机的多径干扰信号为： ，。童 d ( t + q ) 刚( f 十f ) c o s ( m ( f + t ) + ) ( i 。6 3 ) 避入接投瓤醵蕙信号为； 女 u 9 ) = a , d ( t + r , ) p n ( t + r ，) c 。s 臻 f + t ) + 妒) 十栉) = a f l ：+ r 。) 尹秘+ ) e 掷泓+ 鳆) 姆) ( 1 6 - 4 ) 其中热- - - m r ，+ ，f = 0 豹绩号怒童接列这接收擞豹有用信号，姆) 是0 璃 值、双边功率谱密淡冀甄，2 鹃嵩袈岛噪声。 接收机用本地载波2 c o s ( m t + 妒) 、本地扩频码p n ( ，) 去解调，当接收机对直 接裂达静发辩穰弩辩步镬定嚣，；婊矿= 戎尹渤= 麟8 + 强 e 忽皤蠢美搿耱 高次项，得剃： * r v ( t ) = a 。矗8 + 孙) 磐秘+ 尹+ 孙) + 4 矗p + o 删咎+ t ) j p _ 8 + 岛) t * l * c o s ( c o ( r , - r o ) ) + n ( t ) p n ( t + r o ) 2 e o s ( a ，十妒) ( 1 6 5 ) w ( t ) 缴t o 崎r 的( 相关) 积分滤波器，r 怒信怠数据躲冲编诲宽度。积分掰黼， d ( + l ，一1 ) ，扩频玛删 ) 9 l ，一1 ) ，| | j f 以输出为： 矿 = a 拟+ 喜彳。谚f “州( ，+ t 妒( f + 柑。c 。s ( t f 0 ) ) 折+ f r + “ ( f ) p o + f 。) 2 c o s ( 耐+ 庐) 斫 ( 1 6 6 ) 这蘩假定在积分期阂，露+ 0 ) 楚菜一常数矗，系绞使用m 序到，其皂棚关蝤数 为： “ r 。( f ) 。 其中幔= t ，则由式( 1 6 6 ) 可褥： 0 秘 “= 1 , 2 ，女) 时t 有t 妄( t t o ) ( n - d t 。，粼 置。( t 。粕) = i i n ，则 研吒( f ) 】_ 。t d 墨n ( 1 6 。l g ) 当砖= a o ，4 = d 对，上式为等式。一般4 a o ，式( 1 6 1 0 ) 为不等式。可 见，每路多径千扰，其强度眈直达信譬至少减弱为i n ，功率至多减弱为i t n 2 。 通常，n i , n k ，因此耀( f ) 】“一e t d 。这说明采用扩频方式，能抗多径 1 4 晒 学专 、 干扰。 ( 2 )如果所有多经时延郝满足0 0 ，那么 啪) = 妻a ；d , t ( 1 - 孚) l 懈眺训) 2 联窑l 一生产珥 ( 1 6 1 1 ) 式巾d ( t + f ，) * d 0 ，相 反，a 。t a r ，c o s ( m o t + 旃) 旋 + f 稃8 ) 2 p n l 秘一) ，c o s ( 国0 t + 螽, ) a t 同步囊。暇定弧= o 热。0 ，贝q 秘分器输出为： 啤) = 妒盔+ 霎4 一，) 删卜t ) p 心) c 。s 谚旃 + f 玎9 ) p l ( f ) 一2 c o s ( o s d ) d t ( 1 - 6 1 65 ) 式中，第一联瓷露麓矮，楚我稻嚣要豹第一个翅户熬接爨，第二二磺共其余蠢一1 ) 个用户发来的信号，解调艏成为的多城干扰。第三项怒系统的噪声干扰。h ( f ) 髭 0 均毽褥懑簸秘礤声，凝声辘燃绩号投d 均缓为o 、方茇巍拶纛。 如巢实现了功率控制，各用户踟接收桃的信号功率都褶等，鼯a ，= a ( i = 1 , 2 , - - 、霉) ，粼多蟪予撬霹霉蔻 其，磐： 阐时 嘲= 鬈4 碘吲，p n i ( 删澎沁。s 蛾啪 瑙砉半如嘲撼躞露潞 = a r e ，。，t ，藏) 缘如赢) m 半“( f v i ) p n , ( t 训州( o a t 呱6 1 7 ) k 矿簪= a t ，d + 彳r ；f 峨，t ，礁) 十d 在谚，t ，镀绘迩麴锗涎f ，y 秘豹均鏊是： 方差为： 冀孛 嚣( 矿9 ) ) = a t t + 一丁，“( 吐，f ，或) ( 1 ，6 t 9 ) 群r 2 q ；_ _ - - a2 # ( 1 6 2 0 ) 疗纛= l r 妒】= f 致o ) ( 穆。毽。 + 馥 最。( 是噪声岛椒关，瓣n8 ，2 酌双边功率灌密度稚自曝声，最。( 。) = 甄2 。 柠，( 譬扩蠛编鹳的自嘲长，r ，。 、= r 。 嵇譬譬导曲毫勘p 的载波n 姻长 ( o ) 。硇厨c o s ( 耐+ 列2 = 户( 庐在。一船区测内均匀分钮) 。那么( 1 。6 2 l ： 就是 矿2 。f - 警- p d t ：p t 丝 ， 也 j 鞭此，拶频多鸯避僚在，t ，夔给定靛戆凝下涎平均澄秘拳为： 驴桶t 盘i = 2 影一删 其孛互铃误差邈数”1 媛善l = 了杀，# 妒”痧，p = a 2 1 2 , 怒售号凌搴。 异步遵簦方式中，多继予撬璜孛8 f ，) 在f = t 越必浆一缤总数据镶 1 ) ，巍l = f 。羼为菜信息数掘德t ( o ) 。楚二值灞数，每( 1 ) ，( o ) 鞠网 麴概率为l 2 ，不斟麴摄攀为1 2 ，嚣戆式( i 。6 。掩) 孛瓣一t ) 鼢1 8 一f 。) j ， 的积分就不缝再简承认为是户m ( f t ) p ，( ，) 的腐麓嚣褶关，谣怒f = 鹩一段部 分捌美t t t = f ；厨一段郯努毒霹