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扩频通信中伪随机码的研究

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扩频通信中伪随机码的研究

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扩频通信中伪随机码的研究 噜培茨 (江汉大学文理学院 湖北 武汉430056) 摘 要:扩频通信的主要原理在于产生的频带比普通的通信调制信号频带宽度要宽的多,因为采用比信号 带宽宽的多的码序列或高速码序列调制。这一特殊的频谱扩展码序列称为“伪随机码”或是“伪随机噪声码。扩频 通信系统与普通的通信系统相比具有更强的抗衰落抗多径干扰能力而且具有信息隐蔽.多址保密通信等特点。 如今.扩频技术已经由军事领域扩展到民用领域。本论文讨论了扩频通信的原理及其发展。并重点探讨了扩频通 信系统中的伪随机码技术.伪随机码技术是扩频通信的关键技术之一。 关键词:无线扩频通信;m序列;Gold码 中圈分类号:TB556 文献标识码:A 1扩频通信系统简介 扩频通信系统有很强的抗干扰性能. 其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人 们的关注.被广泛地应用于军事和民用通 信中。而伪随机码技术是改善扩频通信系 统性能的关键技术之一。 2研究思想 从伪随机码的互相关性和频谱特性入 手,扩频通信的伪随机码理论。探究互相关 性更好的优选序列关联集中的序列.探究 复杂度更高的不易被破译更能适应今后通 信发展的序列。 3研究部分 3.1 m序列 3.1.1 m序列的产生条件 (1)r级移位寄存器产生的码。周期N =2'--I.其特征多项式必然是不可约的.即 不能再因式分解而产生最长序列。 (2)所有的次数r>l的不可约多项式f (x)必然能除尽l+xIV 9N=2r_I。 (3)如果2r-l是一个素数,则所有r次 不可约多项式产生的线性移位寄存器序 列.一定是m序列.产生这个m序列的不 可约多项式称为本原多项式。 (4)除了第r阶以外,如果还有偶数个 抽头的反馈结构.则产生的序列就不是最 长线性移位寄存器序列。 下图为一最简单m序列发生器 3.1.2相关特性 m序列的自相关系数为阢(j)= fl,j=o 【一l/N,j≠O 圈I m序列发生器 收稿日期:2010-02-03 由于m序列是周期性的.故其自相关 系数也是周期性的且周期与序列周期相 同.有 p(j-kN):p(j) p(-j)=p(j) 从而可求出m序列波形的连续相关 函数R(T).即 l一面N+I If I,If l≤Tc R(T) 一一1.' If● lI≤~个,Itc IN 雨 圈2 m序列的自相关函数 3.1.3 m序列的功率谱 m序列的功率谱G(W)为 G(姑矿1 8(咖等Sa2(toTJ2)主8 雹: ((o-2klr/NT。) G。(∞) 由此可见: (1)m序列的功率谱为离散谱,谱线间 隔co=21r/NT。; (2)功率谱的包络为Sa2(Tcco/2N); (3)直流分量与N:成反比,N越大,直 流分量越小,载漏频率越小: (4)带宽由码元宽度Tc决定,Tc越小, 即码元速率越高。带宽越宽; (5)第一个零点出现在2'r/To; (6)增加m序列的长度N,减小码元宽 度L,将使谱线加密,谱密度降低,更接近 于理想噪声特性. 3.2 Gold码及其产生方法 m序列有良好的伪随机性和相关性. 但m序列的条数相对较少.很难满足作为 系统地址码的要求。Cold码的条数远大于 m序列,是作为地址码的一种良好的码型: Cold码是由两个长度相同、速率相同。 但码字不同的m序列优选对模2加得到 的。具有良好的自、互相关特性,且地址码 数远远大于nl序列。设序列{a}和序列{b} 为长N=2r-l{c;}-{a}+{bl},N=2f—l的m序 列优选对。以{a}序列为参考序列。对{b}序 列进行移位i次,得到{b}的移位序列{bi} (i=0,1,…N一1),然后与{a}序列模2加后 得到一新的长度为N的序列{c:}。 则次序列就是Cold序列.即 {Ci江{a}+{bl} i=O,l,…,N Gold码产生的方法有两种形式.一种 是串联2r级线性移位寄存器.另一种是两 个r级移位寄存器并联而成。 例如:r=6.nl序列的本原多项式为 f(x)=l+x+x6和g(x)=l+x+x2+x0.x6 则 f(x)g(x)=t+x3+x5+x6+x3+x“+x垃 4结论 文章简要介绍了扩频通信中伪随机码 的基本原理.论述了伪随机码技术的特征 和优越性.阐明了支持其优越性的诸多因 素。对其中的关键部分的扩频序列做了详 细的分析和研究。 扩频通信的伪随机码理论还有很多需 要继续深入的研究.探究互相关性更好的 优选序列关联集中的序列.探究复杂度更 高的不易被破译更能适应今后通信发展的 序列。 参考文献 1王秉钧,扩频通信[M].天津:天津大学出版 社.1993 2(美)Roar L Peterson,Roclger E.Ziemer。 子工业出版社撇 David E.Borth,扩频通信导论[M].北京:电 3 f一凡,李晖.扩频通信原理[M].北京:机械 工业出版社.2005 (责任编辑吴银银) 万方数据 PIoNEERING WITH SCIENCE&TECHNOLOGY MONTHLY SERVISE SCIENCE NO.3 201 0 89 扩频通信中伪随机码的研究 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 曾培庆 江汉大学文理学院,湖北,武汉,430056 科技创业月刊 PIONEERING WITH SCIENCE & TECHNOLOGY MONTHLY 2010,23(3) 0次 参考文献(3条) 1.王秉钧,扩频通信[M].天津:天津大学出版社,1993 2.(美)Roger L Peterson,Rodger E.Ziemer,DAvid E.Borth,扩频通信导论[M].北京:电子工业出版社 2006 3.曹一凡,李晖.扩频通信原理[M].北京:机械工业出版社,2005 相似文献(6条) 1.学位论文 朱运勃 无线扩频通信系统关键技术的研究 2004 本论文主要讨论了扩频通信的基本原理以及在实现中的两个关键技术——伪随机序列的产生和性质,以及伪随机序列的捕获和跟踪。并结合 Xilinx公司最新的FPGA开发平台ISE5.0实现一套基带扩频系统芯片的项目实际,对其FPGA实现思路和方法进行了相关研究。 第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状,并给出了本论文的研究内容和安排。 第二章主要介绍了扩频通信的基本原理,主要包括扩频通信的理论基础和分类。并结合QPSK调制方式对本论文重点研究的直接序列扩频通信方式的 数学模型进行了分析。 第三章主要介绍了扩频通信关键技术之一——伪随机序列的产生与性质。从最基础的移位寄存器序列分析引入m序列,并可以通过选择两个m序列优 选对相加产生Gold序列。最后结合仿真,对m序列和Gold序列的自相关与互相关特性、功率谱以及平衡性进行了比较。 第四章讨论了伪随机序列的同步技术——捕获和跟踪。针对伪随机序列的捕获问题,从并行捕获和串行捕获两个方面进行了研究,串行捕获以增加 捕获时间为代价换取低的系统复杂度,并行捕获则使捕获时间大大缩短而硬件复杂度成倍增加。针对并行捕获方案和串行捕获方案在实际应用中的局限 性,本章提出了混合方案。混合方案在捕获性能和接收机复杂度之间取得了适当的折中。对于伪随机序列的跟踪问题,同步系统多采用锁相环。对非相 干延时回路的工作原理和性能进行了数学上的分析。 第五章结合项目实际,讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍,然后给 出了扩频通信系统的总体设计。最后,对发射子系统和接收子系统的各个功能模块的实现原理和方法进行分析。发射子系统主要包括了数据的卷积编码 、块交织、差分编码、PN扩频以及QPSK调制等;接收机部分主要包括数字下变频(解调)、PN码同步与解扩、自动频率控制、差分解码、解交织以及维特 比译码等部分。 第六章主要是对论文工作的总结和今后工作的展望。 2.学位论文 程泰昆 局域无线通信中的扩频调制关键技术研究 2002 该文结合实际用课题对应用于局域无线通信的一些扩频调制关键技术进行了研究,设计并实现了一种多速率全数字直扩收发信机.该文首先讨论了软 扩频调制方式——补码键控的实现过程并仿真、分析了其性能.仿真结果表明在补码键控能在实现对高速的数据传输的同时提供一定的处理增益和编码增 益.该文分析传统的早迟门积分位同步环的局限性,提出了一种新的位同步算法,将卡尔曼滤波算法引入跟踪环路以提高跟踪速度,并根据算法需要重要设 计了积分结构.仿真结果表明新方法能够有效的提高环路的捕捉跟踪速度.以上述技术为基础该文设计了一个多速率、多模式局域无线扩频通信机的实现 方案,用硬件实现该方案中的m序列直扩单元.仿真和硬件测试结果验证了该文论分析和设计方法的有效性. 3.学位论文 吴慧艳 KMM序列作为RAKE型CDMA系统扩频码的分析 2001 CDMA是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术.该文提出将KMM序列用作RAKE型CDMA系统的扩频码.KMM钟控伪随机码产生容易 ,且具的周期长、线性复杂度高、伪随机良好,码量大等特点,文章对这种伪随机码的性质进行了系统的理论分析,并将其与m序列、Gold序列的特性进行了 细致的比较.然后,在基于RAKE型接收机模型的基础上,分析了CDMA系统性能并提出了适于工作RAKE型CDMA系统扩频码的PN序列的特性,接着分析了KMM序列 作RAKE型CDMA系统扩频码的优势及不足.最后,用计算机仿真,比较了m序列、Glod序列和KMM序列的自相关特性、互相关特性以及在RAKE接收机下,这三种 序列对应和系统平均误码率,从而证实了KMM序列作为CDMA系统扩频码的可行性. 4.学位论文 王钧铭 扩频通信系统中扩频和调制技术的研究 2004 扩频通信,即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communi cation),它与光纤通信、卫星通信,一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式.扩 频通信是随着在军事通信中的应用而发展起来的.它具有很多其它通信方式不具备的优点.近年来随着扩频技术的不断发展,它也逐渐应用于民用通信中 .本论文主要介绍了扩频通信的基本原理以及在实现中的关键技术——伪随机序列的产生和性质、调制方式以及伪随机序列的捕获和跟踪.论文首先介绍 了无线扩频通信技术的发展状况,并给出了本论文的研究内容和安排.然后介绍了扩频通信的基本原理,主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类.论文 的第三章主要介绍了扩频通信关键技术之一——伪随机序列的产生与性质.从最基础的移位寄存器序列分析引入m序列,并通过选择两个m序列优选对相加 产生Gold序列.第四章介绍了扩频通信中调制方式的选择.第五章讨论了伪随机序列的同步技术——捕捉和跟踪.介绍了常用的捕捉和跟踪的方法.第六章 给出了扩频通信系统的总体设计,并对发射子系统和接收子系统的各个功能模块的实现原理和方法进行了分析.最后介绍了本论文所做的工作,即扩频码的 产生以及调制方式的实现.然后对论文工作作了总结以及对今后工作的展望. 5.学位论文 王娟 无线扩频通信系统及其多用户干扰抑制方法的研究与实现 2009 CDMA技术作为第三代移动通信最重要的技术,它的发展越来越受到人们的关注。CDMA系统是一种成熟而典型的无线通信系统,具有抗干扰、频带利 用率高、保密性好、可多址复用等优点。但是,在CDMA系统中,多个用户随机接入以及各个用户扩频码间的互相关性,使得各用户的地址码不能完全正 交,由此引起了系统中的多址干扰。多址干扰的存在会严重影响CDMA系统的性能和容量,因此,抑制多址干扰,增加系统容量,改善系统的性能,是十 分迫切的需要。于是,本文围绕多址干扰的问题,详细讨论和研究抑制多址干扰的相关技术和方法,并对它们进行了仿真验证和实现。 本文首先从无线扩频通信系统的发展展开,详细介绍了本文所涉及的DS-CDMA无线网络系统的背景和系统结构,分析了系统中多址干扰产生的原因以 及其对本系统的影响,并提出了一种用于实现反向链路载波频率同步的变速率内插机制,通过仿真验证了该机制有利于反向链路的载波频率同步。 然后,本文研究了多用户检测技术和设计具有良好相关性能的地址码这两种抑制多址干扰的方法。首先详细介绍了多用户检测技术,从理论上对比 分析多用户检测中最佳多用户检测、线性多用户检测和非线性多用户检测的结构、原理和优缺点,然后结合本系统的特点,仿真对比了传统检测器和解 相关检测器对系统性能的影响,仿真结果表明解相关检测器在抑制多址干扰方面的性能优于传统检测器。然后介绍了抑制多址干扰的第二种方法-设计具 有良好相关性能的地址码。对比分析目前常用的几种扩频序列,结合它们的优缺点,提出使用m序列和Walsh序列的复合序列作为DS-CDMA无线网络系统的 地址码。通过仿真分析各扩频序列对系统性能的影响,结果表明本系统采用的地址码在减小多址干扰方面更具有优势。 最后,介绍了该无线通信系统的硬件实现平台和系统测试方案,并给出了系统的测试结果。 6.学位论文 王琳 混沌扩频技术在CDMA通信系统中的应用研究 2001 近十年来混沌序列生成作为一种新扩频通信技术在无线扩频通信系统中的应用受到广泛的研究.目前通过嵌入进实际扩频通信系统如CDMA系统,探讨 混沌扩频较传统直扩技术的优势已成为一个关键研究课题,它直接决定了混沌扩频技术能否进入商业化应用.经过综合分析,该论文成功地解决了这一课题 ,其研究结果如下:1、混沌扩频序列嵌入现存CDMA系统如Qualcomm公司IS-95CDMA(Q-CDMA)系统的可行性;2、混沌扩频序列和用于Q-CDMA系统中的m序列统 计特性之间的对比分析;3、在不同蜂窝结构下,混沌扩频CDMA系统的误比特率和误帧率仿真分析;4、用于混沌扩频CDMA系统中的混沌扩频序列的优化设计 . 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjcyyk201003149.aspx 授权使用:郭永健(wfxbgy),授权号:8a925e47-ff47-47e3-9403-9e2f00f881fb 下载时间:2010年11月15日

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