12西南大學(xué)-通信原理-第十二章 正交編碼與偽隨機(jī)序列

通信原理主講教師：高渤

含弘光大繼往開來學(xué)習(xí)內(nèi)容正交編碼1234擴(kuò)展頻譜通信偽隨機(jī)序列5第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用5通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】2學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、正交編碼的定義；

2、阿達(dá)瑪矩陣和沃爾什矩陣的構(gòu)造方法；

3、m序列的性質(zhì)及其產(chǎn)生方法；

4、擴(kuò)展頻譜通信的根本原理；5、偽隨機(jī)序列的各種應(yīng)用。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】3學(xué)習(xí)內(nèi)容正交編碼1234擴(kuò)展頻譜通信偽隨機(jī)序列5第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用5通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】4一、正交編碼的根本概念1、正交性假設(shè)兩個周期為T的模擬信號s1(t)和s2(t)互相正交，那么有第一節(jié)正交編碼兩個碼組的正交性可用如下形式的互相關(guān)系數(shù)來表述：假設(shè)碼組x和y正交，那么必有(x,y)=0。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】5學(xué)習(xí)內(nèi)容正交編碼1234擴(kuò)展頻譜通信偽隨機(jī)序列5第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用5通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】6一、偽隨機(jī)噪聲的根本概念1、什么是偽隨機(jī)噪聲？具有類似于隨機(jī)噪聲的某些統(tǒng)計特性，同時又能夠重復(fù)產(chǎn)生的波形。優(yōu)點(diǎn)：它具有隨機(jī)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，又防止了隨機(jī)噪聲的缺點(diǎn)，因此獲得了日益廣泛的實(shí)際應(yīng)用。第二節(jié)偽隨機(jī)序列2、如何產(chǎn)生偽隨機(jī)噪聲？目前廣泛應(yīng)用的偽隨機(jī)噪聲都是由周期性數(shù)字序列經(jīng)過濾波等處理后得出的。在后面我們將這種周期性數(shù)字序列稱為偽隨機(jī)序列，它有時又稱為偽隨機(jī)信號和偽隨機(jī)碼。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】7第二節(jié)偽隨機(jī)序列二、m序列1、m序列的產(chǎn)生：1〕m序列〔偽隨機(jī)序列〕定義：對于某種反響邏輯、初始化狀態(tài)非全零時，假設(shè)輸出序列周期最長〔P=2r-1〕的數(shù)字序列，稱為m序列，也稱為偽隨機(jī)序列。2〕m序列的產(chǎn)生：由線性反響移位存放器〔D觸發(fā)器和模二加加法器〕產(chǎn)生，反響邏輯表達(dá)式：通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】8〔1〕求反響邏輯表達(dá)式；〔2〕求輸出序列〔設(shè)初始狀態(tài)為0001，即：〕例：線性反響移位存放器電路如下圖：DDDD+〔3〕寫出狀態(tài)流程〔用十進(jìn)制表示〕第二節(jié)偽隨機(jī)序列通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】9解：〔1〕由電路可知反響邏輯表達(dá)式為：

〔2〕列表計算求輸出序列：第二節(jié)偽隨機(jī)序列通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】10反響值

1001101011110001時鐘節(jié)拍0123456789101112131415

0100110101111000001001101011110000010011010111101000100110101111狀態(tài)第二節(jié)偽隨機(jī)序列〔3〕十進(jìn)制8124936131051171514128通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】11第二節(jié)偽隨機(jī)序列2、本原多項式〔互逆多項式〕當(dāng)反響特征多項式F〔x〕滿足以下三個條件時，就能產(chǎn)生m序列。〔1〕F〔x〕是不可約的?！?〕F〔x〕能整除〔1+Xp〕,P=2r-1?！?〕F〔x〕除不盡。滿足上述條件的多項式，稱為本原多項式。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】12第二節(jié)偽隨機(jī)序列3、m序列的性質(zhì)：〔1〕均衡特性〔平衡性〕〔2〕游程特性〔游程分布的隨機(jī)性〕〔3〕移位相加特性〔線性疊加性〕〔4〕自相關(guān)特性〔5〕偽噪聲特性

通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】13由于m序列的均衡性、游程分布和自相關(guān)特性與上述隨機(jī)序列的根本性質(zhì)極相似，所以通常將m序列稱為偽噪聲〔PN〕序列，或稱為偽隨機(jī)序列。但是，具有或局部具有上述根本性質(zhì)的PN序列不僅只有m序列一種。m序列只是其中最常見的一種。除m序列外，M序列、二次剩余序列〔或稱為Legendre序列〕、霍爾(Hall)序列和雙素數(shù)序列等都是PN序列。第二節(jié)偽隨機(jī)序列通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】14學(xué)習(xí)內(nèi)容正交編碼1234擴(kuò)展頻譜通信偽隨機(jī)序列5第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用5通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】15學(xué)習(xí)內(nèi)容正交編碼1234擴(kuò)展頻譜通信偽隨機(jī)序列5第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用5通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】16一、別離多徑技術(shù)多徑衰落的原因在于每條路徑的接收信號的相位不同。別離多徑技術(shù)能夠在接收端將多徑信號的各條路徑別離開，并分別校正每條路徑接收信號的相位，使之按同相相加，從而克服衰落現(xiàn)象。第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】17二、誤碼率測量測量誤碼率時最理想的信源應(yīng)是隨機(jī)序列產(chǎn)生器。1、閉環(huán)線路的測試〔所用的信道不符合實(shí)際情況〕用真正的隨機(jī)序列產(chǎn)生器進(jìn)行測量時，只適于閉環(huán)線路的測試，如以下圖所示：第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】182、單程測試法在測量單程數(shù)字通信的誤碼率時，不能利用隨機(jī)序列，只能用偽隨機(jī)序列代替它。如以下圖所示：第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用由于發(fā)送端用的是偽隨機(jī)序列，接收端可以用同樣的m序列產(chǎn)生器，由同步信號控制，產(chǎn)生出相同的本地序列。本地序列和接收序列相比較，就可以檢測誤碼。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】19例：數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試〔模型〕。M序列發(fā)生器數(shù)傳機(jī)發(fā)端信道數(shù)傳機(jī)收端+M序列發(fā)生器誤碼計數(shù)器誤碼率測試原理框圖第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】20誤碼率測試原理：①判斷：假設(shè)無過失，M序列相同〔M序列收發(fā)要同步〕。假設(shè)出錯，兩個M序列進(jìn)行模二加，在過失位出現(xiàn)“1〞碼，送往誤碼計數(shù)器。②誤碼率=出錯碼元數(shù)/傳送的碼元總數(shù)。第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】21三、時延測量

1、測量信號傳輸?shù)臅r間延遲。

2、測量信號傳播距離，即利用無線電信號測距。m序列源移位m序列第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】22四、噪聲產(chǎn)生器

1、用途：測量通信系統(tǒng)在不同信噪比條件下的性能。第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用2、要求：能產(chǎn)生帶限白高斯噪聲。

噪聲二極管做成的噪聲產(chǎn)生器，在測量數(shù)字通信系統(tǒng)的性能時不很適用。因為它在一段觀察時間內(nèi)產(chǎn)生的噪聲的統(tǒng)計特性，不一定和同樣長的另一段觀察時間內(nèi)的統(tǒng)計特性相同。測量得到的誤碼率常常很難重復(fù)得到?？梢杂胢序列的這一局部頻譜作為噪聲產(chǎn)生器的噪聲輸出。雖然是偽噪聲，但有可重復(fù)性。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】23五、通信加密數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：容易作到高度保密性的加密。數(shù)字信號加密的根本原理：第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用假定解密者用計算機(jī)搜索時，試探一種M序列平均需要1ns，那么平均約需(1.310151)/2(365246060109)=210134年才能破譯這個密碼！通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】24六、數(shù)據(jù)序列的擾亂與解擾使所傳輸?shù)臄?shù)字信號具有接近隨機(jī)的統(tǒng)計特性。

加擾技術(shù)：不用增加冗余度而擾亂信號，改變數(shù)字信號統(tǒng)計特性，使其近似于白噪聲統(tǒng)計特性的一種技術(shù)。采用加擾技術(shù)的通信系統(tǒng)：加擾器解擾器第四節(jié)偽隨機(jī)序列的其他應(yīng)用通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】25思考題與習(xí)題思考題P4021－23。

習(xí)題P4032、3、4、8。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】26學(xué)習(xí)內(nèi)容概述1234碼元同步載波同步5第十三章同步原理群同步網(wǎng)同步通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】27學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1、載波同步的方法、性能及載波相位誤差對解調(diào)性能的影響；

2、碼元同步的方法、性能及位定時誤差對系統(tǒng)性能的影響；

3、群同步的方法、性能指標(biāo)，群同步保護(hù)；

4、擴(kuò)譜通信系統(tǒng)同步中的捕獲和跟蹤；5、網(wǎng)同步的根本概念。通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】28一、數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。1、載波同步〔又稱載波恢復(fù)〕在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波同頻、同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。1〕接收信號中有載頻分量時：需要調(diào)整其相位。2〕接收信號中無載頻分量時：需從信號中提取載波，或插入輔助同步信息。第一節(jié)概述通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】292、碼元同步〔時鐘同步、時鐘恢復(fù)或位同步〕目的：得知每個接收碼元準(zhǔn)確的起止時刻，以便決定積分和判決時刻。從接收信號中獲取同步信息，或插入輔助同步信息。3、群同步〔幀同步〕將接收碼元正確分組。通常需要在發(fā)送信號中周期性地插入一個同步碼元，標(biāo)示出分組位置。4、網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時鐘之間保持同步。第一節(jié)概述通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序列】30學(xué)習(xí)內(nèi)容概述1234數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)第十四章通信網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)5移動通信網(wǎng)通信原理【第十二章正交編碼與偽隨機(jī)序