第6章扩频码的同步捕获.

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通信原理_第6章信道复用和多址技术.

特点：简单，信道利用率低,不稳定。最大吞吐量仅为容量的18.4%。
各种ALOHA方案网络吞吐量 S与提供负载 G的关系如图。
具有捕获效应的S-ALOHA 0.54

归一化信道吞吐量(S)
0.45 0.36 0.27 0.18 0.09 0.00 0.00 0.5

(a) 工作示意图。4个地球站，其中一个为基准站。
基准站任务：为其他各站发射定时信号。基准站也可由某一地球站兼任。帧周期(帧)：所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔。分帧（子帧）:每个地球站占有的时隙帧。 (b) 帧结构。帧周期为125μs）或其整倍数。帧:由所有分帧和一个基准站分帧组成。分帧的长度可以一样也可以不一样。由前置码和数据两部分组成。

在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；

在TDMA中，是指各站占用的时隙；
在CDMA中，是指各站使用的正交码组。
20/48
6.3.1 频分多址

FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内的指定位置上,各中心频率留有保护频带。示意图。
保护频带

转发器频带分配
f A fB
3/48

6.1.1 频分复用
低通滤波器调制器 MOD 带通滤波器 BPF 带通滤波器 BPF 解调器 DEM 低通滤波器 LPF
f1 (t )
LPF
f1 (t )
01
f 2 (t )
消息输入 LPF MOD BPF

f S (t )
主调制器 MOD 信道主解调器 DEM BPF

波分复用的两波道间隔为10 ~ 100nm。当间隔为1 ~ 10nm，甚至1nm以下时，称为密集波分复用（DWDM）。

[2017年整理]扩频通信课后习题解答

课后习题参考答案第一章1-1、在高斯白噪声干扰的信道中，信号传输带宽为16KHz ，信噪比为4，求信道的容量C 。

在此信道容量不变的条件下，分别将信号带宽增加1倍和减小一半，分别求此两种情况系统的信噪比和信号功率的变化值。

解：22log (1)16000log (14)37.156/SC B bit s N=+=+= （1）信道容量不变，带宽增加1倍信噪比：/221 1.23C B SN=-= 信号功率：/2002(21)39.36C B S BN N kw =-= （2）信道容量不变，带宽减小一半信噪比：2/2124.01C B SN=-= 信号功率：2/00(21)192.0892C BB S N N kw =-=1-4、某一高斯白色噪声干扰信道，信道带宽为8kHz ，试求在系统信噪比为25dB 条件下允许的最大信息传输速率。

解：s kbit NSB C /475.66)101(log 8000)1(log 5.222=+=+=1-5、某系统的扩频处理增益p G 为40dB ，系统内部损耗S L =2dB ，为保证系统正常工作，相关解码器的输出信噪比dB N S out 10)/(≥，则系统的干扰容限为多少？解：dB N S L G M out S p j 28]102[40])/([=+-=+-=1-6、某系统在干扰信号的有用信号功率250倍的环境下工作，解码器信号输出信噪比为12dB ，系统内部损耗为3dB ，则系统的扩频处理增益至少应为多少？解：()10lg 25031238.98j s SG M L dB N=++=++=1-8、某直接序列扩频系统的伪随机码速率为5Mbit/s ，信号速率为8kbit/s ，信号的扩频带宽和处理增益各为多少？解：扩频带宽：22*510c B R MHz ===处理增益：6310*1010lg 10lg 30.978*10i B G dB R ===1-9、试说明扩频通信系统与传统调制方式通信系统的主要差别。

精品文档-扩频通信技术及应用(第二版)(暴宇)-第6章

第6章典型扩频通信系统举例表6-1列出了前向链路业务信道采用的RC。前向链路业务信道共有9种RC，包括SR1和SR3，码率为9.6 kb/s~ 1.0368 Mb/s，支持卷积码和Turbo码，调制方式为二进制相移键控（BPSK， Binary Phase Shift Keying）和QPSK。
第6章典型扩频通信系统举例 HPSK调制采用特殊的重复序列(函数)作为扰码，并选择特殊的正交码对不同的信道进行扩频处理。HPSK使用的重复序列成为Walsh转子， I路采用W={1， 1}， Q路采用W={1，－1}。对于连续两个相同的码片符号采用该Walsh转子加扰后，前者相位旋转+45°，后者相位旋转－45°。
第6章典型扩频通信系统举例
第6章典型扩频通信系统举例哈达玛矩阵可采用下列迭代的方法生成：
式中， N为2的幂次方，ＨN为HN的二进制补码。
第6章典型扩频通信系统举例 3. 准正交函数(QOF)
采用QOF码扩频时，某一Walsh重复序列先乘以由符号 +1和—1所组成的掩码重复序列（其中符号{+1，—1}分别对应于QOFsign中的{0， 1)），然后该生成的序列再乘以由符号 1和j(j为复数，表示90°相移)所组成的重复序列，并且{1， j}分别对应使能Walsh码(Walshrot)中的{0， 1)。
26.66 ms。对于2 s内75个PN短码，在扩频速率1(SR1) 下， CDMA 2000采用不同的PN短码，分别对正交相移键控(QPSK) 的同相(I)支路和正交(Q)支路进行扩频。 I 支路和Q支路的 PN短码特征多项式分别为
第6章典型扩频通信系统举例在扩频速率3(SR3)下， CDMA 2000使用的PN短码速率为3.6864 Mc/s，周期是220－1个码片，绝对周期时间与SR1 下的相同。 I支路和Q支路的PN码特征多项式相同，均为

一种基于差分相干积累的扩频信号开环同步捕获方法

２Ｔｅ２ｄＩｓｔｔｏＥＣ，ｎｚｏ１０２Ｃｉ）．ｈｎｎｔｕｅｆＴＨａｇｈｕ３０１，ｈｎ５ｉＣａ
ＡｂｔａｔＴｅａｃｉｃｕｅｏｌｄｇｔｌｅｅｖｒｉｔｄｃｄｉｔｐｃｒｍｐｅｄｒｃｉｅｈｃｒｓｒｃ：ｈｒｈｔｔｒｆｌｉｉｃｉｅｉｒｕｅｎｏｓｅｔｅａａｒｓｎｏｕｓｒａｅｅｖｒｉｗｉｈａｆ — ｎｏｗｒａａｌｌｐｏｅｓｎｃｉｃｕｅｉａｏｔｄｉｓａｆｈｅｂｃａｄａｄｆｒｎｅｃｈｒｎｃｕ — ａｄｐｒｌｒｃｓｉｇａｈｔｔｒｓｄｐｅｔｄｏｅｆｄａｋ，ｎｉｅｅｃｏｅｅｔｃｍｕｅｒｅｎｅｔｅｆａｌｔｇｍｅｏｄｐｅｒａｔｒｇｔｅｐａｅｏＮｃｄｔｗＳａｉｔｄｉａｏｔｄｆｐｕｎｈｓｆｏｅｗｉｌＮＲ．ＴｅｓｌｔｎｒｓｌｓｏｈｔｎｈｓｏｃｉｈＰｈｏｈｉａｉｅｕｔｈｗｓａｍｕｏｔｔｅｍｅｏａａｔｒｅｉｂｙｔｅｓｎｈｏｉａｏｆＰｏｅｏｗＮＲｓｅｔｍｐｅｄｓｎｌｎｙｈｔｄｃｎｃｐｕｅｒｌｌｙｃｒｎｚｔｎｏＮｃｄｆｏＳｐｃｒｈａｈｉｌｕｓｒａｉａｄｍａｇａｂｐｌｄｉｌｉｉｌｓｅｔｍｐｅｄｒｃｉｅｉｐｎ —ｌｏｒｈｔｃｕｅｅａｐｉｎａｇｔｐｃｒｅｌｄａｕｓｒａｅｅｖｒｗｔｏｅｈｏｐａｃｉｔｒ．ｅＫｅｒｓｓｒａｐｃｒｍｉａ；ｏｅｅｔａｃｍｕａｉｇＳｙｗｏｄ：ｐｅｄｓｅｔｕｓｇｌｃｈｒｎｃｕｌｔ；ＤＲｎｎ

北邮《移动通信系统与原理》期末复习

第一章概述1、个人通信的主要特点是：每个用户有一个属于个人的唯一通信号码，取代了以设备为基础的传统通信的号码。

2、目前最具发展潜力的宽带无线移动技术是：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX。

3、移动通信的主要特点有：（1）利用无线电波进行信息传输；（2）在强干扰环境下工作；（3）通信容量有限；（4）通信系统复杂；（5）对移动台的要求高。

4、移动通信产生自身产生的干扰：互调干扰，邻道干扰，同频干扰，多址干扰。

第二章移动通信电波传播与传播预测模型1、移动信道的基本特性就是衰落特性。

2、移动信道的衰落一般表现为：（1）随信号传播距离变化而导致的传播损耗和弥散；（2）由于传播环境中的地形起伏，建筑物以及其他障碍物对电磁波的遮蔽所引起的衰落，一般称为阴影衰落；（3）无线电波在传播路径上受到周围环境中地形地物的作用而产生的反射、绕射和散射，使得其到达接收机时，是从多条路径传来的多个信号的叠加，这种多径传播所引起的信号在接收端幅度、相位和到达时间的随机变化将导致严重的衰落，即所谓多径衰落。

3、大尺度衰落主要是由阴影衰落引起的，小尺度衰落主要是由多径衰落引起的。

4、一般认为，在移动通信系统中一项传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。

5、移动无线信道的主要特征是多径传播。

6、多径衰落的基本特性表现在信号的幅度衰落和时延扩展。

一般来说，模拟移动通信系统主要考虑多径效应引起的接收信号的幅度变化；数字移动通信系统主要考虑多径效应引起的脉冲信号的时延扩展。

7、描述多径信道的主要参数：（1）时间色散参数和相关带宽；（2）频率色散参数和相关时间；（3）角度色散参数和相关距离。

P288、相关带宽是信道本身的特性参数，与信号无关。

9、相关带宽：频率间隔靠得很近的两个衰落信号存在不同的时延，这可使两个信号变得相关，使得这一情况经常发生的频率间隔就是相关带宽。

10、相关时间：一段间隔，在此间隔内，两个到达信号具有很强的相关性，换句话说在相关时间内信道特性没有明显的变化。

第7章扩频码的同步跟踪-2014春

1 ˆ ln r (t ), Td T ˆ ˆ N0 T d d

2 ˆ ˆ T / 2 2r (t )c(t Td ) c (t Td ) dt 0 T /2
ˆ 结论： T d 的最佳估值是由接收信号r(t)与本地码c(t)的时间导数求相关而得。对扩频码同闭合环路后应为0。
e(t , ) y2 (t ) y1 (t ) kAD( )
1 1 D( ) Rc Tc Rc Tc 2 2
(7-4)
y1 (t )
kA NTc

NTc /2
NTc /2
失锁性能 - Mean Time to Lose-of- Lock
环路保持锁定的时间； The probability of remaining in lock for a given interval of time. (Unfortunately, analytical evaluation of this measure is difficult, and thus an alternate but still informative measure often used is the mean time to lose-of- lock)
2014-04-09
引言：扩频接收机的环路：
扩频接收机有两个环路：
第七章扩频码同步跟踪
2014-04-09 哈尔滨工业大学通信技术研究所 1
（1）载波环路：捕获和跟踪采用锁相环技术（2）码环路：同步捕获和跟踪采用延时锁定环路。
反馈环路来实现跟踪作用。
PLL

《通信原理》配套教学教案

讨论问题：。
1.纠错能力和码字的构造有何关系？
2.非标准的生成矩阵如何转换为标准的生成矩阵？
3.多项式在描述循环码时有什么作用？
4.卷积码为何少采用系统码形式？
5.先进信道编码技术的优势来自哪里？
内容大纲：具体可结合本章的PPT课件进行配合讲解。
11.1引言
11.2信道编码的基本原理
11.2.1信道编码的基本概念
6.解释常见的分集技术，常见的分集合并方法有哪些？
7.解释MIMO技术的类别，大规模MIMO有哪些优点？
8.OFDM技术为什么可以有效对抗多径干扰？OFDM技术如何实现。
9.解释常见的多址技术和5G中的新多址技术。
第10章
课时内容
信息论基础
授课时间
350分钟
课时
7
教学目标
掌握不确定性、信息、互信息、熵和相对熵等基本概念；
掌握无失真数据压缩时的信源编码定理；
掌握数据压缩算法、信道编码定理；
掌握信息容量定理；
掌握有失真数据压缩时的信源编码定理--率失真定理。
教学重点
信息的度量；
信源编码定理；
信道编码定理；
香农公式；
率失真定理。
教学难点
信息量、信源熵、联合熵、条件熵和微分熵的基本概念；
信源无失真压缩与有失真压缩；
信道编码
教学内容
知识回顾：
通信系统的随机过程，以及通信系统的性能指标为可靠性和有效性。本章讨论信息论的基础内容。
讨论问题：
1.什么是信息？如何度量信息？
2.信息传输中，基本的极限条件是什么？
3.对于信息的压缩和恢复的极限是什么？
4.设计怎样的设备才能达到这些极限？
5.实际系统中接近极限的设备是否存在？

直接序列扩频信号捕获和跟踪的实现

直接序列扩频信号捕获和跟踪的实现直接序列扩频信号捕获和跟踪的实现引言直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DSSS）技术在现代通信领域被广泛应用。

它通过在发送端将原始信号与一个扩频码序列相乘，将信号的带宽扩展，从而使得信号在传输过程中更加抗干扰。

直接序列扩频信号的接收端需要进行捕获和跟踪的过程，以实现正确的信号解调和数据恢复。

本文将介绍直接序列扩频信号捕获和跟踪的基本原理和实现方法。

一、直接序列扩频信号捕获直接序列扩频信号的捕获过程可以看作是在接收端寻找到与发送端相同的扩频码序列的过程。

捕获的目的是确定接收到的信号中包含的扩频码序列的起始点，以便在跟踪阶段进行后续解调和数据恢复。

1. 串行搜索法串行搜索法是一种常用的直接序列扩频信号捕获方法。

它通过逐个比较接收到的信号与不同的扩频码序列，找到与发送端相同的扩频码序列起始点。

串行搜索法的基本步骤如下：（1）将接收到的信号与一个初始的扩频码序列进行相关运算；（2）逐步平移扩频码序列并继续与接收到的信号进行相关运算；（3）比较相关运算的结果，并找到最大的相关峰值；（4）确定最大相关峰值对应的扩频码序列的起始点。

2. 累积搜索法累积搜索法是另一种常用的直接序列扩频信号捕获方法。

它通过累积接收到的信号与扩频码序列的相关峰值，找到与发送端相同的扩频码序列起始点。

累积搜索法的基本步骤如下：（1）将接收到的信号与一个初始的扩频码序列进行相关运算，并计算相关峰值；（2）平移扩频码序列并继续与接收到的信号进行相关运算，并计算相关峰值；（3）累积不同位置的相关峰值，得到累积相关峰值；（4）找到累积相关峰值的最大值，并确定最大值对应的扩频码序列的起始点。

二、直接序列扩频信号跟踪在捕获阶段确定了扩频码序列的起始点后，接下来需要进行跟踪的过程，以实现信号解调和数据恢复。

1. 二阶锁相环跟踪二阶锁相环是一种常用的直接序列扩频信号跟踪方法。

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原理：移位寄存器的状态可以在他产生的伪随机序列中找到，如果能由接收信号准确估计出接收信号在某时刻移位寄存器应有的状态，并从这一个状态开始产生伪随机序列，那么这一伪随机序列将与接收序列相匹配。
平均同步捕获时间：
假设准确估计一个接收符号的概率为p 对r级都准确估计的概率为p r r 对移位寄存器没有准确加载的概率为1 - p 第k次获得准确加载的概率为 pr (k ) p r (1 p r ) k 1 1 那么准且加载的平均次数：k kpr (k ) r p k 1 移位寄存器每次加载需要 rTc时间
6.3.1 匹配滤波器同步捕获法
原理：
一个任意滤波器的输出y(t) 都是输入信号s(t) 与滤波器冲击相应h(t)的时间域的卷积积分 : y (t ) s (t )h(t )d
0 t
匹配滤波器的输出信噪比最大，h (t )为： h(t ) s (Tb t ) 0 t Tb 扩频通信的频率滤波器的传输函数为： H(f) P(f) cn e
n 0 N -1 j 2 ( N n ) fTc
最大优点为速度快，需要几个扩频码的周期就能同步
6.3.2 基带匹配滤波器同步捕获法
又称延时相关捕获法，这种方法先对射频信号进行放大，载波解调，解调后信号为：
Hale Waihona Puke u(t) Ad(t - Td )c(t - Td ) 2N(t)cos(2f 0 t 0) 可以看做d(t - Td ) 1，因此就变成了c(t - Td )
因此平均捕获时间为：
TAC Pfa
TAC TAC1 TAC 2
Pfa 1 Pd [N ]TD [2 N ]TD 2 2 (1 Pfa ) Pd (1 Pfa )
2 Pd N比较大时：TAC （Pfa 0） NTD Pd
6.2.3 顺序估值快速捕获法
6.1 扩频码的同步
6.1.1 发射参考信号法
特点：简单抗干扰性能差不适用与CDMA体制。
6.1.2 统一定时法
这种方法在卫星通信中已经得到应用。采用原子钟那样准确度极高的时钟。 6.1.3 突发同步法发射机发射一个短促的高功率低占空比的脉冲信号，给接收机提供快速同步信息。
6.1.4 扩频码的自同步法
TAC
TAC ,max TAC ,min 2
1 ( N )TD NTD 2
以上的结论都是在下面的假设下成立正确检测概率Pd 1，虚警概率Pfa 0
虚警概率不为0时：
T fa TD Pfa 2TD P 3TD P ...
2 fa 3 fa
Pfa (1 Pfa ) TD
第六章：扩频码的同步捕获
6.1 扩频码的同步 6.2 扩频码的同步捕获方法 6.3 匹配滤波器同步捕获法 6.4 声表面滤波器件捕获法 6.5 滑动相关捕获法 6.6 频率跳变系统扩频码序列同步捕获
扩频码的同步步骤： 1.捕获（粗同步）：使本地参考扩频码与接收扩频码的相位之差小于半个码元宽度。 2.跟踪（细同步）使本地参考扩频码的相位与接收扩频码相位的差别尽可能的小，以其在相关器获得最大相关输出。
6.2.1 搜索区域的确定在没有得到任何接收扩频码相位信息的情况下，通常假设扩频码相位在2N个单元中的位置服从均匀分布是很自然的，在这种情况下只能采用顺序搜索的办法。搜索可以从2N个单元中任意一个开始，直到获得扩频码的同步捕获为止。
6.2.2 序列相位搜索捕获法
设扩频码序列长度为N，码元宽度为Tc，周期为T=NTc，搜索相位该变量 Tc / 2 最大捕获时间：TAC ,max 2 NTD 最小捕获时间： TAC ,min TD
积分处理时间TD Tc 正确检测概率Pd 1时
(r ) TAC k(rTc TD ) Tc r P
输入信噪比很低的时候，p可以近似为0.5，这时： TAC k(rTc TD ) 2 (r )Tc
r
输入信噪比很高的时候，p可以近似为1 TAC k(rTc TD ) (r )Tc 适合高信噪比的情况
最短时间：TAC,min MTs 最长时间：TAC,max MTs ( N 1)Tc N 1 平均时间：TAC MTs Tc 2 N 一般去TS TC，r M 2 N 1 TAC ( M )Tc NTc 2 平均时间比使用2N个相关器的时间长，但设备量少，比相位搜索捕获法的平均捕获时间短，而且设备量也没有增加很多。
r (t ) Ad (t Td )c(t Td ) cos(2f 0t 0 ) N (t ) u(t ) Ad (t Td )c(t Td ) N (t )
iTc ui (t ) A c(t Td )c(t )dt 0 2 TD iTc N ( t ) c ( t ) dt i 0 , 1 , 2 ... 2 N 1 0 2 iTc (i 1)Tc 如果Td满足： Td 2 2
2
TD
考虑虚警惩罚时间后：
TAC1 NTD T fa NTD Pfa (1 Pfa )
2
判决器的正确检测概率小于1时：
TAC 2 (1 Pd )[ 2 NTD (1 Pd ) [2 NTD
2
Pfa (1 Pfa ) Pfa (1 Pfa )
2 2
TD ] TD ] ....
TD
那么2N个相关器中，只有第i个输出最大，为：
Td i 1 ui (t ) ATD (1 ) Ni (TD ) Tc 2 2
Rk ( j i )
其他相关器的输出为：
ui (t ) ATD Rk ( j i) N j (TD )
r 1

6.2 扩频码的同步捕获方法同步捕获要解决什么问题？ 1.怎么简化设备 2.怎么缩短捕获时间同步捕获步骤： 1.确定要搜索的扩频码相位的区域 2.调整本地参考扩频码相位 3.求解扩频码的相关函数值 4.对所求相关值进行判决分类：