基于Walsh码的正交扩频研究
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科 技 论 坛
基于 Ｗ ａ ｌ ｓ ｈ码 的正交扩频研究
张 乃夫 王勤义 孙 惠 媚
（ 黑龙 江八一农 垦大学信息技 术学院， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 正 交扩 频 是 Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通 信 系统 的 重 要 组 成 部 分 ， 对 正 交 扩频 原理 进 行 了研 究 ， 设 计 正 交模 块 ， 采用Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通 信 系统 ， 选 择 沃 尔什 编码 对对 输 入 数 据 进 行 扩频 ， 用 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ进 行 研 究仿 真 ， 输 入 数 据 经 过 扩 频 处理 后 ， 频 带 宽度 大大 扩展 ， 并 且数 据 信 号 从 信 噪
（ ｆ ） － － ｄ ｄ ｔ ） ＊ （ ｆ ） ＋ｄ ２ （ ｆ ） ｛ （ ｆ ） 。
图 ２ 基 带信 号
图 ３ 扩 频 信 号 时 域 图
４ 结 论
由于 Ｗａ ｌ ｓ ｈ甬数序列具有 非常 良好 的 自相关特 性和互相 关特 性， 即 ， ，
Ｊ （ ｆ ） （ ｆ ） ｄ ＝Ｊ （ ｆ ） ｝ （ ｆ ） Ｗ （ ｆ ＋ｆ ｄ ２ （ ｒ ） ｝ （ ｆ ） ｛ ｗ Ｔ （ ｔ
２ ＣＤ ＭＡ ２ ０ ０ ０正 交 扩频 原 理
图 １ 扩 频 通 信 示 意 图
本文采用正 交 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列来实现信道的正交化 ， 不同信道的数 据采用不同的 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列来进行扩频 ， 这些 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列的码片速率 都等于 １ ． ８ Ｍｃ ｈ ｉ ｐ ／ ｓ 。假设两个序列 ｄ ｌ （ ｔ ） 和ｄ ： （ 【 ） ， 符号周期是 Ｔ 和Ｔ ２ ， 分别采用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 （ ） 和 （ ｆ ） 进行扩 展 ， Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 的码 片速 率为 Ｔ 。是两个信道在编码和交织后的数据流 ， 整个序列的周期为 Ｔ ＝ ｎ Ｔ 其 中 ｎ ＝ ２ ， ｍ ＝ ０ ， １ ２－ ・ 在扩频通 信系统 中 ＞＞ ， ＞＞ 。 这 两个 信 道 在使 用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序 列 进 行 扩 频 后 ，产 生 的 输 出 信 号
比 门限 值 也 会得 到 改善 。 关键词 ： 扩频通信 ； 沃 尔什 码 ； 正 交扩 频
扩频通信技术 自 ２ ０世纪 ８ ０年 代 迅 速 发 展 ， 现 在 已经 是 无线 通 信 系统 的一种核心技术手段 ， 广泛受 到关注 和研 究。不同于普 通的 通 信系统 ， 扩频需要在数据 信号发射端进行扩频 调制 ， 接收端进 行 扩频解调 ， 对信号作 相关运算 ， 带宽压缩 成窄带信号 ， 由于干扰 和噪 声与信 号分 属不 同的频谱范罔 ， 因此这个过程能够极 大改善信 息传 输 的信 噪比要求 ， 通 信系统 的抗 于扰能力较普通 的通 信方式有 了较 大提高。而且 ， 在较低的信噪 比情况下 ｌ Ｔ作 ， 安全保密性能非常好 ， 很难被监测 到，如果不知道系统的密钥参数基本不会被截获窃听 。 扩 频方法是 一种 多址 方式 ， 扩频后 ， 频谱利用率 比单 载波系统要 高 得多， 组 网灵 活 ， 适合 于移动通信 。重点研 究 Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０系统 的扩 频模 块 ， 采 用 沃 尔 什 编码 ， 进 行 正 交 扩频 。
０ ０
究『 Ｊ １ ． 遥测遥控， ２ ０ ０ ４ （ ２ ） ．
按 序列性 质可知 ， 后项积 分等于 ０ ， 于是得 到第一个 信道 数据 Ｉ ２ １ 衣强． 并行组合扩频 系统抗干扰 性能及映射算法研 究［ Ｄ 】 ． 哈 尔滨 ： 的积分输 出。 通过这种方式 ， Ｃ Ｄ ＭＡ系统码分信道复用在一起 ， 形成 哈 尔滨 工 程 大 学 ， ２ ０ ０ ７ ． 两个支路 的输 出信号 。 『 ３ ］ 吕家国， 杨哲理 ， 齐学卫． 一种基 于 Ｍ位 移序 列编码的 多进制扩频 通信 系统数学模 型及 其性能分析 ｆ Ｊ ］ ．中国电子科 学院研 究院学报 ， ３ ＣＤ ＭＡ ２ ０ ０ ０正 交 扩频 通 信 仿 真 采用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件构件 Ｃ Ｄ Ｍ Ａ ２ ０ ０ ０正交扩频通信结构 ，进行 ２ ０１ ０， ４． 仿真研 究。 首先数据帧经过 Ｃ Ｒ Ｃ编码 器 ， 产生 １ ６ ｂ ｉ ｔ校验位 。 通过交 『 ４ １ ＆丽韫， 王军， 王 育红． 多进 － ｔ ， ４ 正 交扩频加 卷积编码体 制性能分析 Ｊ １ ． 无 线 电 工程 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ０ ） ． 织处理 ， 原先的信息数据 交织处理 ， 按列输入 ， 按行输出。相邻信息 『 位经过间隔后传输 ， 通 过解 交织 器可以得到传输数据 。图 ２与 图 ３ 是基带 信号时域 图与扩频后时域图。 时域图上看信号 的层次变化更加丰富 ， 对应的频谱宽度会有较 大提高 ， 限于篇幅 ， 频谱分布 图不再赘述。
本文利用 沃尔什序列 编码 进行 了ｊ Ｅ 交扩频通信 系统 的仿 真研 究， 设计正交模块 ， 沃尔什码有 良好 的相关性 ， 但是在不 同相位时互 Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通信系统， 选择沃尔什编码对对输 。 。 。 （ １ ） 相关性 会减 弱。采用 Ｃ 因此 ， 在接受端对 ｄ （ ｔ ） 进行解调时 ， 只要用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 （ ｆ ） 与 入数据进行扩频 ， 用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ进行研究仿 真 ， 结果 证明扩频的方式 接受信号 ｓ ｆ ｔ ） 进行相乘和积分 ， 即： 能够较好地 改善信噪 比阈值 ， 有较强抗干扰能力 。 参 考 文献 『 Ｉ １ 吕金 飞 ， 程 乃平， 任 宇飞． 编 码 扩 频 通 信 系统 中非 相 干 解调 技 术 研 （ Hale Waihona Puke Baidu ） （ ｆ ） ｗ ￣ （ ｔ ） ｄ ｔ ＋ ｆ ｄ （ ｆ ） （ ｆ ） （ ｆ （ ２ ）
１ 扩 频 通 信 基本 原理
图 １给出了扩频通信的示意 ，自信源发 出的信息经过调制 ， 利 用扩频码进行扩频处理 ，编码采用的序列一般有 Ｍ序列 、 Ｇ Ｏ Ｌ Ｄ序 列和 ｗ ａ ｌ ｓ ｈ函数序列 。 当选取 上述任意一个序列后 ， 如 Ｍ序列 ， 将其 中可用 的编码 ， 即正交码 ， 两两组合并划分分组 ， 扩频后经过振荡器 调制到较高频率 ， 经过信 号功 率放 大后 经天线发出。在接收端经过 功率放 大 ， 经过本地震荡 器混频 ， 再对信号进行解扩处理 ， 恢复出窄 带信号 ， 此过程 中仍需要用 扩频码 ， 并 且本地扩频码 与发端扩 频码 同步 ， 解扩后经过滤波器后取解调得到信息到信宿。
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科 技 论 坛
基于 Ｗ ａ ｌ ｓ ｈ码 的正交扩频研究
张 乃夫 王勤义 孙 惠 媚
（ 黑龙 江八一农 垦大学信息技 术学院， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 正 交扩 频 是 Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通 信 系统 的 重 要 组 成 部 分 ， 对 正 交 扩频 原理 进 行 了研 究 ， 设 计 正 交模 块 ， 采用Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通 信 系统 ， 选 择 沃 尔什 编码 对对 输 入 数 据 进 行 扩频 ， 用 ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ进 行 研 究仿 真 ， 输 入 数 据 经 过 扩 频 处理 后 ， 频 带 宽度 大大 扩展 ， 并 且数 据 信 号 从 信 噪
（ ｆ ） － － ｄ ｄ ｔ ） ＊ （ ｆ ） ＋ｄ ２ （ ｆ ） ｛ （ ｆ ） 。
图 ２ 基 带信 号
图 ３ 扩 频 信 号 时 域 图
４ 结 论
由于 Ｗａ ｌ ｓ ｈ甬数序列具有 非常 良好 的 自相关特 性和互相 关特 性， 即 ， ，
Ｊ （ ｆ ） （ ｆ ） ｄ ＝Ｊ （ ｆ ） ｝ （ ｆ ） Ｗ （ ｆ ＋ｆ ｄ ２ （ ｒ ） ｝ （ ｆ ） ｛ ｗ Ｔ （ ｔ
２ ＣＤ ＭＡ ２ ０ ０ ０正 交 扩频 原 理
图 １ 扩 频 通 信 示 意 图
本文采用正 交 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列来实现信道的正交化 ， 不同信道的数 据采用不同的 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列来进行扩频 ， 这些 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列的码片速率 都等于 １ ． ８ Ｍｃ ｈ ｉ ｐ ／ ｓ 。假设两个序列 ｄ ｌ （ ｔ ） 和ｄ ： （ 【 ） ， 符号周期是 Ｔ 和Ｔ ２ ， 分别采用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 （ ） 和 （ ｆ ） 进行扩 展 ， Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 的码 片速 率为 Ｔ 。是两个信道在编码和交织后的数据流 ， 整个序列的周期为 Ｔ ＝ ｎ Ｔ 其 中 ｎ ＝ ２ ， ｍ ＝ ０ ， １ ２－ ・ 在扩频通 信系统 中 ＞＞ ， ＞＞ 。 这 两个 信 道 在使 用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序 列 进 行 扩 频 后 ，产 生 的 输 出 信 号
比 门限 值 也 会得 到 改善 。 关键词 ： 扩频通信 ； 沃 尔什 码 ； 正 交扩 频
扩频通信技术 自 ２ ０世纪 ８ ０年 代 迅 速 发 展 ， 现 在 已经 是 无线 通 信 系统 的一种核心技术手段 ， 广泛受 到关注 和研 究。不同于普 通的 通 信系统 ， 扩频需要在数据 信号发射端进行扩频 调制 ， 接收端进 行 扩频解调 ， 对信号作 相关运算 ， 带宽压缩 成窄带信号 ， 由于干扰 和噪 声与信 号分 属不 同的频谱范罔 ， 因此这个过程能够极 大改善信 息传 输 的信 噪比要求 ， 通 信系统 的抗 于扰能力较普通 的通 信方式有 了较 大提高。而且 ， 在较低的信噪 比情况下 ｌ Ｔ作 ， 安全保密性能非常好 ， 很难被监测 到，如果不知道系统的密钥参数基本不会被截获窃听 。 扩 频方法是 一种 多址 方式 ， 扩频后 ， 频谱利用率 比单 载波系统要 高 得多， 组 网灵 活 ， 适合 于移动通信 。重点研 究 Ｃ Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０系统 的扩 频模 块 ， 采 用 沃 尔 什 编码 ， 进 行 正 交 扩频 。
０ ０
究『 Ｊ １ ． 遥测遥控， ２ ０ ０ ４ （ ２ ） ．
按 序列性 质可知 ， 后项积 分等于 ０ ， 于是得 到第一个 信道 数据 Ｉ ２ １ 衣强． 并行组合扩频 系统抗干扰 性能及映射算法研 究［ Ｄ 】 ． 哈 尔滨 ： 的积分输 出。 通过这种方式 ， Ｃ Ｄ ＭＡ系统码分信道复用在一起 ， 形成 哈 尔滨 工 程 大 学 ， ２ ０ ０ ７ ． 两个支路 的输 出信号 。 『 ３ ］ 吕家国， 杨哲理 ， 齐学卫． 一种基 于 Ｍ位 移序 列编码的 多进制扩频 通信 系统数学模 型及 其性能分析 ｆ Ｊ ］ ．中国电子科 学院研 究院学报 ， ３ ＣＤ ＭＡ ２ ０ ０ ０正 交 扩频 通 信 仿 真 采用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件构件 Ｃ Ｄ Ｍ Ａ ２ ０ ０ ０正交扩频通信结构 ，进行 ２ ０１ ０， ４． 仿真研 究。 首先数据帧经过 Ｃ Ｒ Ｃ编码 器 ， 产生 １ ６ ｂ ｉ ｔ校验位 。 通过交 『 ４ １ ＆丽韫， 王军， 王 育红． 多进 － ｔ ， ４ 正 交扩频加 卷积编码体 制性能分析 Ｊ １ ． 无 线 电 工程 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ０ ） ． 织处理 ， 原先的信息数据 交织处理 ， 按列输入 ， 按行输出。相邻信息 『 位经过间隔后传输 ， 通 过解 交织 器可以得到传输数据 。图 ２与 图 ３ 是基带 信号时域 图与扩频后时域图。 时域图上看信号 的层次变化更加丰富 ， 对应的频谱宽度会有较 大提高 ， 限于篇幅 ， 频谱分布 图不再赘述。
本文利用 沃尔什序列 编码 进行 了ｊ Ｅ 交扩频通信 系统 的仿 真研 究， 设计正交模块 ， 沃尔什码有 良好 的相关性 ， 但是在不 同相位时互 Ｄ ＭＡ ２ ０ ０ ０通信系统， 选择沃尔什编码对对输 。 。 。 （ １ ） 相关性 会减 弱。采用 Ｃ 因此 ， 在接受端对 ｄ （ ｔ ） 进行解调时 ， 只要用 Ｗａ ｌ ｓ ｈ序列 （ ｆ ） 与 入数据进行扩频 ， 用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ进行研究仿 真 ， 结果 证明扩频的方式 接受信号 ｓ ｆ ｔ ） 进行相乘和积分 ， 即： 能够较好地 改善信噪 比阈值 ， 有较强抗干扰能力 。 参 考 文献 『 Ｉ １ 吕金 飞 ， 程 乃平， 任 宇飞． 编 码 扩 频 通 信 系统 中非 相 干 解调 技 术 研 （ Hale Waihona Puke Baidu ） （ ｆ ） ｗ ￣ （ ｔ ） ｄ ｔ ＋ ｆ ｄ （ ｆ ） （ ｆ ） （ ｆ （ ２ ）
１ 扩 频 通 信 基本 原理
图 １给出了扩频通信的示意 ，自信源发 出的信息经过调制 ， 利 用扩频码进行扩频处理 ，编码采用的序列一般有 Ｍ序列 、 Ｇ Ｏ Ｌ Ｄ序 列和 ｗ ａ ｌ ｓ ｈ函数序列 。 当选取 上述任意一个序列后 ， 如 Ｍ序列 ， 将其 中可用 的编码 ， 即正交码 ， 两两组合并划分分组 ， 扩频后经过振荡器 调制到较高频率 ， 经过信 号功 率放 大后 经天线发出。在接收端经过 功率放 大 ， 经过本地震荡 器混频 ， 再对信号进行解扩处理 ， 恢复出窄 带信号 ， 此过程 中仍需要用 扩频码 ， 并 且本地扩频码 与发端扩 频码 同步 ， 解扩后经过滤波器后取解调得到信息到信宿。