扩频通信伪随机码现状及发展趋势分析
通信原理精品课-第七章m序列(伪随机序列)
04
m序列在扩频通信中的应用
扩频通信的基本原理和特点
扩频通信的基本原理
扩频通信是一种利用信息信号对一个很宽频带的载波进行调制，以扩展信号频谱 的技术。通过扩频，信号的频谱被扩展，从而提高了信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
扩频通信的特点
扩频通信具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可实现码分多 址等优点。同时，扩频通信也存在一些缺点，如信号的隐蔽性和保密性可能受到 影响，信号的带宽较宽，对信道的要求较高。
在无线通信中，由于信号传播路径的不同，接收端可能接收到多个不同路径的信号，形成多径干 扰。
抗多径干扰
m序列具有良好的自相关和互相关特性，可以用于抗多径干扰。通过在发射端加入m序列，可以 在接收端利用相关器检测出原始信号，抑制多径干扰的影响。
扩频通信
m序列可以用于扩频通信中，将信息信号扩展到更宽的频带中，提高信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
离散性
m序列是一种周期性信号，其 功率谱具有离散性，即只在某 些特定的频率分量上有能量分 布。
带宽有限
m序列的功率谱具有有限的带 宽，其带宽与序列的长度和多 项式的系数有关。
旁瓣抑制
m序列的功率谱具有较好的旁 瓣抑制特性，即除了主瓣外的 其他频率分量的能量较小。
m序列在多径干扰抑制中的应用
多径干扰
抗截获能力
m序列扩频通信系统具有较强 的抗截获能力。由于信号的频 谱被扩展，敌方难以检测和识 别信号，从而提高了通信的保 密性。
码分多址能力
m序列扩频通信系统具有较强 的码分多址能力。不同的用户 可以使用不同的扩频码进行通 信，从而实现多用户共享同一 通信信道。
05
m序列的未来发展与研究方向
m序列与其他通信技术的融合应用
直接序列扩频接收机伪码捕获的研究的开题报告
直接序列扩频接收机伪码捕获的研究的开题报告一、选题背景序列扩频技术是一种调制技术，它将要传输的信号通过乘上一个宽带宽的伪随机二进制序列来扩展带宽，使得信号占用的带宽大大增加，这就实现了抗噪声、抗多径干扰的功能。
序列扩频技术广泛应用于通信系统、雷达系统、导航系统等领域。
而直接序列扩频接收机是一种基于数字信号处理的接收机，它可以实现直接采样接收并捕获带有扩频序列的信号，避免了系统中间频率局限和失真问题，因此已成为序列扩频技术中的主流应用。
二、选题意义序列扩频技术在实际应用中存在许多问题，其中有一个关键问题就是如何准确地捕获伪随机序列。
伪码捕获技术是解调和解码的基础，其捕获的准确度和速度对于整个系统的性能有非常重要的影响。
随着通信系统、雷达系统等应用场景的不断发展与普及，对于快速、准确、高效的伪码捕获技术的需求也越发迫切。
本课题旨在研究直接序列扩频接收机的伪码捕获技术，从而提高序列扩频技术在实际应用中的性能，具有重要的理论和实际意义。
三、研究内容1. 分析直接序列扩频接收机的信号结构和特点，研究基于频率锁相环的伪码捕获方法，探究其原理和实现过程；2. 研究基于滑动积分的伪码捕获方法，讨论其优缺点并与基于频率锁相环的方法进行比较；3. 对不同捕获方法进行仿真实验，比较其捕获成功率、捕获时间、误码率等性能指标；4. 研究伪码搜索算法，提出一种基于快速搜索的伪码捕获方法，并进行仿真实验进行性能测试；5. 在 FPGA 平台上实现伪码捕获算法，进行硬件实现，验证其在实际系统中的可行性和性能优劣。
四、研究方法本课题将主要采用以下研究方法：1. 文献调研法：通过查阅相关文献资料，了解和分析直接序列扩频接收机的信号结构和特点，掌握伪码捕获技术的原理和应用现状；2. 数学分析法：通过理论分析，深入研究基于频率锁相环和滑动积分的伪码捕获方法，探究其优缺点及适用条件；3. 仿真实验法：利用 MATLAB 等软件，对各种伪码捕获方法进行仿真实验，并对结果进行性能测试和对比分析；4. 硬件实现法：利用 FPGA 平台，基于 VHDL 语言进行硬件实现，对伪码捕获的算法进行验证和性能测试。
直接系列扩频通信中的伪随机码
当 $ # 0 时， 理论上可以证明共有 0 个长度为
"
（ ’ ( ）% # $ ) # " ( ) # ) ( ) ) … ) #$($ %
"
# "( " "%$
它们由以下本原多项式产生： 04 的 ! 序列，
0 ’（ " ( ）% ( ) ( ) "； 0 3 ’（ ) ( ）% ( ) ( ) "； 0 1 4 ’（ 4 ( ）% ( ) ( ) ( ) ( ) "； 0 3 4 ) ’（ 1 ( ）% ( ) ( ) ( ) ( ) "； 0 3 ) ’（ 3 ( ）% ( ) ( ) ( ) "； 0 1 ’（ 0 ( ）% ( ) ( ) ( ) "。
马景兰
王
伟
・ "% ・
最大自相关值， 它等于 ! ) $ " * "， 伪随机码越长该 值越 大， 最小自相关值等于 * " （自 相 关 函 数 为 近似为 #） 。 * " , !， 伪随机码尖锐的相关特性， 对于扩频通信是极 其重要的。在技术上， 一般在接收机用一个本地伪 随机码测量其与接收信号的相关特性， 一旦信号与 其相关， 便出现一个相关峰值， 也就是找到了这个同 步信号并找到了它的起点 （相位） ； 如果相关值不尖 锐， 或者还有旁瓣峰值， 在噪声的干扰下， 便容易造 成误判决。因此， 扩频系统中， 扩频函数尖锐的相关 特性在抗噪声干扰、 同步提取、 码分选址、 克服多径 效应等方面都能表现出优良的性能。在芯片 -./0 实现了同步 * $### 中就是利用 ! 序列码做同步头， 捕捉。 " 序列优选对及 $%&’ 序列族 有优良的自相关 ! 序列是一双值自相关序列， 特性。但是， 在码分多址通信中， 不同地址的扩频码 互相关值要小， 以便互不干扰， 使用 ! 序列作为地 址码时， 组成互相关值小的序列集很少。例如， 经计 算机搜索， 1 级移位寄存器产生的 ! 序列有 &2 个， 其中任意两序列之间 但找不到多于 % 个序列的组， 的互相关最大值不超过 %%。因此对于多址应用来 说， 其地址数实在太少了， 这是 ! 序列最大的缺点。 而 3456 序列具有良好的目的、 互相关特性， 且 地址数远远大于 ! 序列的地址数， 结构简单， 易于 实现， 因此 3456 码在码分多址通信中得到了广泛的 应用。 &7" ! 序列的优选对 设 # 是对应于 " 级本 这里定义 ! 序列优选对： 原多项式 （ 所产生的 ! 序列， - .） $ 是对应于 " 级本 原多项式 / （ .） 所产生的 ! 序列， 当它们的互相关函 数值 8 %#， （ （ 8 满足 8 %#， 8 "$ $ 0） $ 0） 数） ， （ 8 %# ， 8 "$ $ 0）
扩频通信系统中伪随机序列的研究
项式g(x)所产生的m序列,当它们的互相关函数值
满足
(n为奇数)，
(n为偶数)则m序列a和
b构成一对优选对。Gold码是由两个码长相等，码时钟速率
相同的 m 序列优 选 对模2加构成。每改变两个 m 序列相对位
移就可得到一个新的Gold序列，当相对位移（2n-1）位时，
就可得到一族（2n-1）个Gold序列。再加上两个m序列，共有
（2）
式中P为序列的周期。若两个函数相等，称自相关函数，记作 R(j).对于取值是＋1和－1，周期为P的二进制码元序列自相 关函数
m序列是一双值自相关序列，有优良的自相关特性。但 是，在码分多址通信中，不同地址的扩频码互相关值要小， 以便互不干扰，使用m序列作为地址码时，组成互相关值小 的序列集很少。
12
2008 No.2 周慧琴/扩频通信系统中伪随机序列的研究
m序列的理论已经很成熟，n级移位寄存器可以产生的 m序列个数由下式决定：
（1） 其中， 为欧拉函数，其值小于等于 ，并与 互质的 正整数的个数（包括1在内）。 m序列的性质： (1)平衡性：在m序列的一个周期中，“1”的个数比“0” 的个数只多一个。这表明，序列平均值很小，它可降低载漏 发射功率，防止载漏干扰。 (2)尖锐的自相关特性：易于同步捕捉。 周期序列 的互相关函数的定义为
Zhou huiqin Abstract: Spread-spectrum communication system use spreading function to achieve spectrum expansion. The typical spreading function is the pseudo-random sequence. Useful pseudo-random sequences must have sharp auto-correlation characteristics ,little cross-correlation values, greater number of sequences and the sequence also call for balanced, easily to achieve .This paper first introduce m-sequence and gold sequence which is widely used at present. Then research on chaotic spreading sequence and proposed chaotic sequence optimization criteria. Last we compare the optimization of chaotic sequence with the traditional pseudo-random sequences. Keywords: spreading communication; chaotic spreading sequence; optimization criteria
扩频通信中的伪随机码设计
扩频通信中的伪随机码设计摘要扩频通信与常规通信系统相较，具有较强的抗人为干扰、窄带干扰和多径干扰能力，和信息隐藏和多址保密通信等长处，因此在军事通信、移动通信等领域取得了普遍的应用。
扩频通信的核心问题之一是扩频码的设计，即PN码的设计问题。
随着扩频通信技术的进展，伪随机码在扩频通信中的作用愈来愈重要。
本文主要介绍m序列、M序列、Gold序列及混沌序列的原理、构造方式及特性分析，并通过Matlab进行仿真来验证各个伪随机序列的随机特性，以期为以后的扩频通信中伪随机码的设计提供一些成心义的指导。
关键词：运算机仿真;扩频;m序列;M序列;Gold序列;混沌序列The pseudo-random code design in Spread Spectrum CommunicationsABSTRACTSpread spectrum communication has many advantages over the conventional communication systems such as strong anti-human interference, narrow-band interference, multipath interference capabilities, information hiding, multiple access confidential communications and so on. So it has been widely applied in military communications, mobile communications and other fields. One of the core issues in Spread Spectrum Communications is the design of Spreading Codes. That is the designing problem of PN code. With the development of Spread spectrum communication technology, Pseudo-random code plays a more and more important role in Spread spectrum communication. This paper presents the principles, structures and character analyzing of m sequence, M Series, Gold sequence and chaotic sequence. Furthermore, random character of various pseudo-random sequences is verified by simulation experiments with Matlab in order to provide some meaningful guidance for Pseudo-random code design in Spread Spectrum Communications.Keywords: computer simulation ;Spread spectrum ;m-sequence;M-sequence; Gold-sequence;haotic-sequence目录1. 绪论 (5)研究的目的和意义 (5)国内外研究现状 (5)扩频的理论基础 (6)1.3.1 香农信道公式 (7)1.3.2 最佳相关接收 (8)1.3.3 伪随机序列的相关概念 (8)1.3.4 伪随机序列的数学概念 (9)1.3.5 伪随机序列的相关性 (10)1.3.6 有限域的理论简介 (10)本文主要研究内容 (13)2. 常常利用伪随机码 (13)2.1 m序列 (13)2.1.1 m序列的概念 (13)2.1.2 m序列的性质 (14)2.1.3 m序列的相关性 (14)2.1.4 m序列的构造 (14)2.1.5 m序列的simulink仿真 (15)2.1.6 m序列的相关性仿真 (16)2.2 M序列的性质 (16)2.2.1 M序列的仿真 (18)Gold序列 (19)2.3.1 m序列优选对 (19)2.3.2 Gold序列产生的方式 (20)2.3.3 Gold序列的相关特性 (21)2.3.4 Gold序列的相关特性仿真 (22)2.3.5 Gold序列的相关特性与m序列的相关特性比较仿真 (23)2.3.6 平衡Gold码 (24)2.3.7 平衡码的产生 (25)2.3.7.1 特征相位 (25)2.3.7.2 相对相位 (26)2.3.7.3 平衡Gold码产生器的simulink仿真 (27)3. 混沌序列 (28)Logistic-Map的概念及所产生混沌的特性 (28)3.1.2 Logistic-Map混沌序列的仿真 (29)3.1.3 Logistic-Map混沌序列的相关性仿真 (31)Logistic-Map数字实现 (33)数字混沌序列 (34)参考文献: (35)1. 绪论研究的目的和意义扩频通信与常规通信系统相较，具有较强的抗人为干扰、窄带干扰和多径干扰能力，和信息隐藏和多址保密通信等长处，因此在军事通信、移动通信等领域取得了普遍的应用。
扩频通信伪随机码现状及发展趋势分析
扩频通信伪随机码现状及发展趋势分析作者：杨海清张昊杨智文来源：《电子世界》2013年第10期【摘要】在扩频通信系统的基础上，介绍了上世纪八十年代以来九种最新的伪随机码型，总结了伪随机码的发展现状，并提出了其发展趋势，对扩频通信伪随机码现状掌握及发展有一定的指导作用。
【关键词】扩频通信；伪随机码1.引言扩频通信系统系统中，伪随机码是至关重要的[1]，其性能的优劣将直接关系到系统性能的好坏。
简单地说，伪随机码是一种具有类似白噪声性质的码。
白噪声具有优良的相关特性，但至今无法实现对其进行放大，调制，检测，同步及控制等操作。
在工程与实践中，只能用类似于带限白噪声统计特性的伪随机码信号来逼近，并作为扩频通信系统的扩频码。
由于扩频码具有类似白噪声的性质，相关函数具有尖锐的特性，功率谱占据很宽的频带，因此易于从其他信号或干扰中分离出来，具有优良的抗干扰特性。
其中提出较早和目前技术发展已经比较成熟的伪随机码码型有如下几种：m序列；Kasami序列；Gold序列；M序列；截短序列等等。
2.伪随机码发展现状根据通信对伪随机码的发展要求，从上世纪八十年代以来，各国技术人员又提出很多新的码型，下面重点介绍九种较新的伪随机码型。
2.1 Bent序列自从Rothaus于1976年提出Bent函数这个概念以来，由于其具有许多良好的性质，它在编码理论（Reed-Muller码）和密码学（序列密码的设计）中得到广泛的应用。
自1982年Olsen，Scholtz和Welsh提出Bent序列簇（简称OSW序列簇）以来，由于其具有低相关特性等良好性质，在通信系统中有重大的应用，由此引起了众多学者的关注。
2.2 GMW序列和级联GMW序列1984年，Scholtz和Welch提出了用迹函数生成GMW序列的一种方法，人们发现此序列不仅和m序列一样具有理想自相关性能，而且对于相同周期的两种序列，GMW序列的线性复杂度要大于m序列。
从此，人们开始了对GMW序列线性复杂度的研究。
扩频技术——精选推荐
扩频技术：历史、现状及发展一、引言扩频技术(Spread Spectrum, SS)的历史可以追溯到20世纪50年代中期，但是直到80年代初，扩频技术仍然主要应用在军事通信和保密通信中。
随着个人通信业务的发展以及全球定位系统的应用，到现在为止，使用扩频技术的用户已经超过一亿［1］。
无线通信已经成为电信产业最大的部门之一，经过十年多的稳步发展，俨然是21世纪中最有发展潜力的领域［2］。
扩频技术在未来无线系统中的应用也再次成为人们关注的重点。
为了更好地把握扩频技术在无线通信中的应用，本文首先介绍扩频技术的基本情况，然后回顾扩频技术的历史，并对其研究现状进行讨论，最后结合无线通信系统的发展趋势，主要是第四代移动通信系统（4G），着重研究扩频技术的发展趋势及其在未来无线通信系统中的应用。
二、扩频技术简介扩频通信系统具备3个主要特征：①载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的宽带信号；②载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多；③接收过程是通过将本地产生的宽带载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的。
频谱扩展的方式主要有以下几种:直序扩频(DSSS)使用高速伪随机码对要传输的低速数据进行扩频调制；跳频系统则利用伪随机码控制载波频率在一个更宽的频带内变化；跳时则是数据的传输时隙是伪随机的；线性调频系统中的频率扩展则是一个线性变化的过程。
几种方式组合的混合系统也经常得到应用。
衡量扩频系统最重要的一个指标就是扩频增益，又称为处理增益。
正是因为扩频系统本身具有的特征使其性能具有一系列的优势：①低截获概率；②抗干扰能力强；③高精度测距；④多址接入；⑤保密性强。
也正是这些特性使其获得了广泛的应用。
三、扩频技术的历史扩频通信技术最初是在军事抗干扰通信中发展起来的［3］，后来又在移动通信中得到广泛的应用［4］，因此扩频技术的历史经历了两个发展阶段，而目前它在这两个领域仍占据重要的地位。
1. 在军事通信中的应用扩频通信系统是在50年代中期产生的，其最初的应用包括军事抗干扰通信、导航系统、抗多径实验系统以及其它方面［5］。
扩频通信系统中伪码捕获技术研究的开题报告
扩频通信系统中伪码捕获技术研究的开题报告
一、选题背景
随着移动通信的不断发展，对通信系统的要求也越来越高。
扩频通信系统因其具有抗干扰能力强等优点，被广泛应用于各种通信场景。
然而，扩频通信系统存在被恶意干扰和攻击的风险，如伪造干扰信号使系统降低的通信质量等。
因此，研究扩频通信系统中的信号捕获技术，是保障系统安全、提升通信质量的必要手段。
二、研究内容
本研究拟探索扩频通信系统中的伪码捕获技术。
扩频通信系统中，伪码是一个重要的信号特征，其描述了扩频过程中的码元序列。
伪码捕获技术是指对扩频信号中的伪码进行检测和识别，从而正确解码信号。
本研究将从以下几个方面进行探索：
1. 伪码捕获算法：研究伪码捕获的原理和算法，并探索不同算法的性能和适用场景。
2. 基于信道状态的伪码捕获：研究利用信道状态信息进行伪码捕获的方法，以提高检测准确性。
3. 伪码捕获的实现：探索伪码捕获在硬件实现中的应用，如FPGA 实现。
三、研究意义
本研究的意义在于：
1. 提升扩频通信系统的抗干扰能力和安全性，降低恶意干扰和攻击的风险。
2. 为扩频通信系统的优化和设计提供技术支持和理论指导。
3. 探索伪码捕获和硬件实现的结合方法，为系统的优化和实现提供新思路。
四、预期研究结果
本研究主要预期研究结果为：
1. 提出适用于扩频通信系统的伪码捕获算法，实现对信号的准确解码。
2. 提高对信道状态信息的利用，提高伪码捕获的准确性。
3. 探索伪码捕获在硬件实现中的应用，实现快速准确的信号解码。
基于电子计数器的扩频装置的误码分析与改进方法
基于电子计数器的扩频装置的误码分析与改进方法一、引言随着通信技术的发展，扩频技术被广泛应用于各种无线通信系统中，其中基于电子计数器的扩频装置是一种简单且有效的实现方式。
然而，在实际应用过程中，由于信号传输中存在多种干扰以及设备本身的工作不稳定性，误码问题成为影响扩频装置性能的重要因素。
因此，如何对基于电子计数器的扩频装置的误码进行准确的分析，并提供改进的方法，对于提高扩频装置的可靠性和稳定性具有重要意义。
二、误码的原因分析基于电子计数器的扩频装置误码产生的原因主要有以下几个方面：1. 多径传播扩频装置中使用的无线信号在传输过程中会遭遇到多径传播的影响，导致信号经过不同路径到达接收端，而这些路径对信号幅度和相位产生了差异。
当这些路径的信号叠加到一起时，会导致码元间隔变窄、码间干扰增加，从而引发误码。
2. 噪声干扰噪声干扰是导致误码的另一个重要原因。
电子计数器在工作过程中会受到环境中的各种噪声的干扰，如热噪声、信号源的频率抖动等。
这些噪声会改变接收信号的幅度和相位，从而干扰信号的正确解码，导致误码的发生。
3. 芯片工作不稳定基于电子计数器的扩频装置使用的芯片在工作过程中可能存在工作不稳定的情况，例如时钟漂移、温度变化等因素会导致芯片的内部运算发生偏差。
这种工作不稳定性会直接影响扩频装置的工作准确性，从而导致误码的出现。
三、误码分析方法为了对基于电子计数器的扩频装置的误码进行准确的分析，我们可以采用以下方法：1. 误码率测量误码率测量是评估扩频装置性能的重要指标之一。
通过将已知的有效数据输入扩频装置，然后通过采集接收端的数据，并与原始数据进行比对，计算出误码率。
通过不断调整扩频装置的参数，如增大码片长度、优化码片生成算法等，可以减少误码率。
2. 信号处理技术在扩频装置中，采用信号处理技术是一种有效的减少误码的方法。
可以采用等化器技术对受到多径传播影响的信号进行处理，通过抑制码间干扰，提高信号的接收质量。
伪随机码的发展以及伪随机码测距技术浅析
伪随机码的发展以及伪随机码测距技术浅析作者：杨文君来源：《中国科技纵横》2016年第15期【摘要】在扩频通信系统中，伪随机码的性能的优劣将直接影响系统的通信容量、抗多径干扰能力和安全性等主要性能。
直接序列扩频通信是将基带信号的频谱通过伪随机序列扩展到宽频带，具有抗干扰能力强、截获率低、通信隐蔽性好等优点，目前已被广泛的应用于军事通信、民用通信、测距及测速等领域。
伪随机码测距采用伪随机码对连续光源进行调制后发射，在卫星导航定位系统中，被伪随机码调制的信号的各项参数指标，直接影响到导航定位系统的精度。
【关键词】伪随机码调制测距伪随机码在扩频通信中得到广泛应用，在迅速发展的导航通信融合技术中，多采用扩频通信技术来传输导航信息和通信内容。
由于扩频码类似于白噪声，易于从其他信号或干扰中分离出来，具有优良的抗干扰特性。
伪随机码的性能直接影响系统的通信容量、抗多径干扰能力和安全性等主要性能。
伪随机码测距技术广泛使用于地球科学和卫星导航领域，通常利用伪随机码调制的测距方式将连续光源通过伪随机码进行调制，以脉冲串的形式发射，降低了系统对峰值功率的要求，提高测距的重复频率。
1 伪随机码的发展现状1.1 扩频通信伪随机码现状白噪声具有优良的相关特性，但不容易对其进行检测、放大、调制、同步及控制等操作，伪随机码就是一种具有类似白噪声性质的码。
工程实践中只能用类似于带限白噪声统计特性的伪随机码信号来逼近，并作为扩频通信系统的扩频码。
直接序列扩频通信是将基带信号的频谱通过伪随机序列（PN码）扩展到宽频带，然后进行传输的一种系统，直接扩频通信具有抗干扰能力强、截获率低、通信隐蔽性好等优点，已成为通信领域的一个重要发展方向，目前已被广泛的应用于军事通信、民用通信、测距及测速等领域。
扩频通信系统中，伪随机码是至关重要的，其性能的优劣将直接关系到系统性能的好坏[1]。
1.2 新的伪随机码型传统扩频通信系统一般都采用移位寄存器产生的线性PN码，如m序列或Gold码序列[2]，这两种较早的伪随机码存在的主要缺点是：可用码组数目有限，并且复杂度低，同时随着对直接扩频系统伪随机 PN 码侦破技术的不断突破，其保密性受到一定威胁。
《扩频通信PN码》课件
PN码的随机性和扩频处理能够有效地对抗 宽带噪声的干扰，提高通信系统的抗干扰 能力。
PN码的保密性能
保密性能
PN码具有良好的保密性能，能够有效地保护通信内容不被窃取或被 破译。
加密算法
PN码可以结合加密算法使用，进一步提高通信系统的保密性能。
密钥管理
PN码的密钥管理也是保密性能的重要环节，需要采取有效的密钥管 理措施，确保密钥的安全性和可靠性。
信噪比 PN码的误码性能与信噪比有关， 信噪比越高，误码率越低。因此 ，提高信噪比是提高PN码误码性 能的重要措施。
05
CATALOGUE
PN码的发展趋势和展望
PN码的优化方向
优化PN码的生成算法
为了提高PN码的随机性和保密性，需要不 断优化PN码的生成算法，以提高其抗干扰 和抗截获能力。
改进PN码的调制方式
PN码与认知无线电技术的结合
将PN码应用于认知无线电技术中，可以实现动态频谱分配和频谱 感知，提高频谱利用率和通信可靠性。
PN码与协同通信技术的结合
通过将PN码与协同通信技术相结合，可以实现多节点协同传输和 分布式信号处理，提高通信系统的性能和鲁棒性。
PN码的发展前景
5G通信中的应用
随着5G通信技术的发展，PN码将在其中发挥重要作用， 提高5G通信系统的抗干扰能力、频谱利用率和传输速率。
抗干扰能力。
03
随机性和周期性
虽然PN码是伪随机码，但其具有高度的随机性和周期性。随机性使得
PN码具有良好的抗干扰性能，而周期性则使得PN码可以重复生成，方
便在实际通信中重复使用。
PN码的生成方式
线性反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器是最常用的PN码生成器。通过选择合适的反馈逻辑网络，可以生 成具有不同特性的PN码。线性反馈移位寄存器结构简单、易于实现，且生成的PN码具
直接扩频通信技术分析
特点和应用领域
特点：抗干扰能力强，抗多径干扰能力强，抗截获能力强，扩频增益高，信噪比高 应用领域：军事通信，卫星通信，移动通信，无线宽带接入，雷达探测，无线数传等
02
直接扩频通信系统的组 成
扩频调制和解调
扩频调制：将待 传输信号的频谱 扩展至较宽的频 带内，通过与伪 随机码的调制实 现频谱的扩展
抗截获性能
扩频通信利用扩频码对信号进行扩频，使信号占据更宽的频带，从而实现信号的抗干 扰和抗截获。
在直接扩频通信中，采用伪随机序列对信号进行扩频，使得信号的功率谱密度降低， 从而提高了信号的抗截获性能。
通过对伪随机序列的优化设计，可以进一步提高直接扩频通信的抗截获性能，使其在 军事通信等领域具有更广泛的应用前景。
实际应用：广泛应用于军事通信、卫星通信等领域，为通信系统提供可靠的抗干扰保障。
抗多径干扰能力
关键技术：抗多径干扰能力
优势：有效抵抗多径干扰，降低误 码率，提高通信质量
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原理：利用扩频编码技术扩展信号 带宽，降低信号功率谱密度，提高 信号抗干扰能力
应用场景：适用于复杂电磁环境下 的通信系统
卫星通信和深空通 信的拓展应用
人工智能和机器学 习在扩频通信中的 应用
技术演进和改进
当前直接扩频通信技术的改 进方向
早期直接扩频通信技术的缺 陷和不足
未来直接扩频通信技术的发 展趋势和展望
技术演进对直接扩频通信技 术的影响和推动作用
与其他通信技术的融合
5G与直接扩频通信技术的融合
物联网与直接扩频通信技术的 融合
03
直接扩频通信的关键技 术
抗干扰性能
抗干扰原理：利用扩频编码技术，将信号扩展到更宽的频带中，降低信号的功率谱密度， 减小干扰的可能性。
扩频通信中的伪随机码设计
扩频通信中的伪随机码设计扩频通信是当前无线通信技术的主流之一，它采用扩频技术将信号的宽带进行扩展，在传输过程中，再通过伪随机码的附加和匹配，实现了对信号的扩展和分离，从而提高了通信的可靠性和抗干扰性。
伪随机码的设计是扩频通信中不可或缺的一部分，本文将从伪随机码的基本原理、分类及生成方法等几个方面介绍一下扩频通信中的伪随机码设计。
一、伪随机码的基本原理伪随机码是指在一定规则和特定算法的控制下，以一定的频率、时序、幅度等参数产生的，看似随机的、符合特定要求的数字序列，也叫做伪随机数。
在扩频通信中，伪随机码起到了扩频和解扩的作用。
它通过对原始信号比特流进行“掩码”，产生扩展后的信号比特流，掩码的方式是将原始比特流与伪随机码相乘（或者异或），从而实现信号的扩展。
而在解扩的时候，则需要将接收到的扩展信号比特流与与发送端使用相同的伪随机码进行匹配，以还原出原始信号。
二、伪随机码的分类伪随机码包括序列化伪随机码和分组伪随机码两种类型。
序列化伪随机码在传统扩频通信中广泛采用，它是产生一个连续的比特流，这样的伪随机码可以通过移位反馈寄存器等简单电路实现，但因为它是按位产生的，因此抗干扰性差。
而分组伪随机码则是按照比特组的方式产生的，它具有编码长度长、抗干扰性强等优点，但是在实现过程中需要大量的存储器。
三、伪随机码的生成方法(1) 线性反馈移位寄存器方法生成线性反馈移位寄存器的伪随机码的方法是最为常见的。
它采用若干个寄存器，在时钟的驱动下实现对寄存器状态的移位和反馈，经过一定的变换，形成一个见长为n的伪随机码。
在移位反馈寄存器中，选用的初始状态对于伪随机码的性能和品质有着很大的影响，初始状态的好坏需要通过实验去找到一个最优的选择。
(2) 次序递推法次序递推法是另一种常见的伪随机码生成方法，它通过计算递推公式产生一个序列。
采用此方法产生的伪随机码，对于选定的初始值和参数，是稳定的、连续的和非周期性的。
此方法可以在任意一个位置开始计算，并且只需存储少量的参数和一个初始值。
扩频通信以及伪随机码仿真模型的建立
扩频通信以及伪随机码仿真模型的建立
郝娟;徐沛文
【期刊名称】《人天科学研究》
【年(卷),期】2011(010)006
【摘要】扩频通信是一种将信息的带宽扩展很多倍进行通信的技术,它具有较强的抗干扰、低截获性、抗衰落和抗多径性能,易于实现码分多址的特点。
着重叙述了扩频通信的理论基础、分类、特点。
介绍了m序列的本原多项式和它的产生方法,同时应用Simulink建立了常用扩频码序列m序列的仿真模型。
【总页数】2页(P13-14)
【作者】郝娟;徐沛文
【作者单位】华中师范大学,湖北武汉430079;华中师范大学,湖北武汉430079【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.扩频通信伪随机码现状及发展趋势分析 [J], 杨海清;张昊;杨智文
2.扩频通信芯片开发中伪随机码的选择及实现 [J], 吴保奎;黄文海
3.直接系列扩频通信中的伪随机码 [J], 吴明捷;马景兰;王伟
4.扩频通信以及伪随机码仿真模型的建立 [J], 郝娟;徐沛文
5.基于扩频通信的伪随机码时间反演多址通信 [J], 陈善学; 杨翼豪; 李方伟
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伪随机序列在直接序列扩频通信中应用
浅谈伪随机序列在直接序列扩频通信中的应用【摘要】伪随机序列具有良好的随机性与相关性，直接序列扩频系统正是采用了序列的良好特性，才大大提升了通信系统的整体性能。
本文介绍了伪随机序列的特性，并详细地阐述了序列在直扩系统中不同的应用于作用。
【关键词】伪随机序列直接序列扩频系统互相关1 伪随机序列的特性伪随机序列是一串具有统计特性，并能预知、重复和复制的序列。
从统计方面来看，它具有良好的随机性与相关性。
在信号的传输过程中，理想的传输信息的信号形式应是类似噪声的随机信号，同时信号之间的相似程度最低，这样任意两个信号不易发生干扰且不会发生误判。
从对序列的要求特性来看，它应具有良好的随机性。
信号在传输过程中，由于信号的出现概率是完全随机的，无论获取多少信号都无法推测下一个信号内容，故信号一旦被他人截取，只要其不知序列的特性就无法获得信息的完整内容，从而提高信息的抗干性与保密性[1][2]。
扩频通信中，主要依靠扩频序列实现扩频功能[3]，所以，序列的特性决定了扩频通信的特性。
直接序列扩频是扩频通信中应用最广泛，最基础的一种扩频方式，本文将重点研究伪随机序列在直接序列扩频通信中的应用。
2 伪随机序列在直接序列扩频系统中的运用直接序列扩展频谱系统（direct sequence spread spectrum systems，ds-ss），通常简称为直接序列扩频系统或直扩系统。
该系统在发端，直接将高码率的伪随机序列与待传输的信息信号相乘，来达到扩展频谱的目的。
而在收端，用相同的扩频码序去进行解码，把扩展宽的扩频信号还原成原始的信息。
频谱扩展的伪随机序列称为扩频码序列。
直接序列扩展频谱通信系统的简化方框图参见图1-1。
直扩系统中，可以看出，扩频调制是该系统的核心内容，而扩频调制的关键在于伪随机序列的使用[4]。
伪随机序列采用的并不是一般的序列，它是一串高速、相关性良好的序列，应用在直扩系统中主要有以下几种作用。
2.1 实现频谱的扩展直扩系统作为扩频通信最重要的一种方式，其首先应具备频谱扩展的特性，而这一特性正是由伪随机序列特性决定的[5]。
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２ ． １ Ｂ ｅ ｎ ｔ 序 列
自从Ｒ ｏ ｔ ｈ ａ ｕ ｓ 于１ ９ ７ ６ 年提 出Ｂ ｅ ｎ ｔ 函数这个 概 念 以来 ，由于其具 有许多 良好的性质 ，它在 编码 理论 （ Ｒ ｅ ｅ ｄ — Ｍ ｕ ｌ ｌ ｅ ｒ 码） 和密码学 （ 序 列密码 的设计） 中得 到广泛 的应用 。 自１ ９ ８ ２ 年Ｏ １ ｓ ｅ ｎ ， Ｓ ｃ ｈ ｏ １ ｔ ｚ 和Ｗ ｅ １ ｓ ｈ 提 出Ｂ ｅ ｎ ｔ 序列簇（ 简 称Ｏ Ｓ Ｗ 序 列 簇） 以来 ， 由于 其具 有低相 关特 性等 良好 性 质 ，在通信 系统 中有 重大的应 用， 由此 引起 了
１ ． 引 言 的 。Ｇ ｏ ｌ ｄ 序列族 主要基 于Ｇ ｏ １ ｄ — ｌ ｉ ｋ ｅ 函数 来生 抗 噪声 ，抗干扰性 能。这类码 形优点是初始码 扩 频 通 信 系统 系统 中 ，伪随 机 码是 至 关 成 。由一条 短周 期Ｇ ｏ ｌ ｄ － １ ｉ ｋ ｅ 序列 可 以递 归地 型提 出的时 间比较 早 ，相应 的技 术 已经 比较 成 重 要的 …，其性 能的优劣将 直接关 系到系 统性 生成长周期 的Ｇ ｏ ｌ ｄ 一 １ ｉ ｋ ｅ 序列 。 熟 ，只要对原 理和 设备进行适 当的改进 ，便 可 能 的好坏 。简 单地说 ，伪随机码是 一种具有类 ２ ． ５ 相 控 序 列 以投入 使用 ，实用 价值 比较大 。但缺点是其 改 似 白噪声性质 的码 。白噪声具有优 良的相关特 在１ ９ ９ ５ 年，Ｇ ｏ ｎ ｇ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ 提 出相控序 列 的 善 的空间将会越来越 小 ，最终将 达不到未来通 性 ，但 至今无法 实现对其进 行放大 ，调制 ，检 构造方法 。相控序 列是一种新 型伪随机序 列， 信对伪随机码 的性能要求 。 测 ，同步及控制 等操作 。在 工程与 实践中 ，只 具有优异 的特性 。其最突 出的优 点是线性 复杂 二 是将 通信其他方面 的理 论应用到伪随机 能用 类似于带 限 白噪声 统计特性 的伪 随机码信 度极 大且序 列都 是０ — １ 平 衡的 ， 由于 相控序 列 码 中产 生新 的码形 。如多相正 交序 列就是 由多 号来逼 近 ，并作 为扩频通信 系统 的扩频 码 。由 有许多优 良性质 ，值得进一步研究 。 相序列 和正交序列 发展而来 ；截 短序 列是把其 于扩频码 具有类 似 白噪声 的性质 ，相 关函数具 ２ ． ６级联Ｎ ０ 序 列 他的伪 随机 序列进行 截短而形成 的伪 随机码序 有尖锐 的特性 ，功率谱 占据 很宽的频带 ，因此 １ ９ ９ ６ 年 ，Ｊ ｏ ｎ ｇ － Ｓ ｅ ｏ ｎ Ｎ ｏ 提 出了级联Ｎ ０ 序 列 。这样码 型的产生 可以突破伪 随机 码的一些
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…Байду номын сангаас
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．
研筮展一 Ｊ
扩频通信伪随机码现状及发展趋 势分析
海军９ １ ３ ５ １ 部 队 杨海清
握及 发展有一定的指导作用。
张
昊
杨智文
【 摘要 】在扩频通信 系统 的基础上 ，介 绍 了上世纪八 十年代 以来九种最新 的伪随机码 型，总结 了伪 随机码 的发展现状，并提 出了其发展趋势 ，对扩频通信伪随机码现状掌 【 关键 词】扩频通信 ；伪随机码
易于从其 他信号或 干扰 中分 离出来 ，具 有优 良 的抗干 扰特性 。其中提 出较 早和 目前技 术发展 已经 比较 成熟 的伪 随机码 码型 有如 下几种 ：ｍ 序 列 ；Ｋ ａ ｓ ａ ｍ ｉ 序列 ；Ｇ ｏ ｌ ｄ 序 列 ；Ｍ 序列 ；截短
序 列等等 。
２ ． 伪随机码发展现状 根 据通 信 对 伪随 机 码的 发 展要 求 ，从 上 世纪八十 年代 以来 ，各 国技 术人员又提 出很多 新 的码型 ，下面重 点介绍九种 较新 的伪 随机码
固有缺点，实用价值很高。 三是提 出全新的码型 。如Ｔ Ｎ 序 列簇、Ｑ Ｆ 序 列簇 、 自 编 码 、混沌序 列等 。这 些码 型的优 点 是扩频系 统的性能可 以得 到很大程度 的改善 ， 抗干扰性 能、抗破译性 能有很大提 高，能够适
应现代扩频通 信的需求 ，未来的发展潜 力大 。 但是新码 型的理论和 实践还不够成熟 ，具体应 用还有待进一步探索和研究。 ４ ． 伪随机码的发展趋势 未来伪随机码 的发展趋势主要包含 两个方
型。
列，级联 Ｎ ｏ 序列 是一类 包括 级联Ｇ Ｍ Ｗ 序 列 的序 列族 ，它 比同周期 级联Ｇ Ｍ Ｗ 序 列的线 性复 杂 度 还要大 ，并且 同周期 级联Ｎ ０ 序 列的数 目要远 远 多于级联Ｇ Ｍ Ｗ 序列 。因此 ，级联 Ｎ ０ 序列是 １ 族 具有 研究价值和 应用价 值的二进制 伪随机序 列 族 ，研究级联Ｎ ｏ 序列 的快速生成算 法有一定 的 实际意 义。 ２ ． ７ Ｑ Ｆ 序列 在１ ９ ９ ６ 年 ，Ｋ １ ａ ｐ ｐ ｅ 定义 了Ｑ Ｆ（ ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ａ ｔ ｉ ｃ ｆ ｏ ｒ ｍ ） 序列 ，并且构造 了一 类 （ ０ ，Ｊ ） 一 Ｑ Ｆ 序列 ， Ｑ Ｆ 序 列的相关性 比较低 。１ ９ ９ ８ 年 ，孙伟和杨义 先提 出一类大线性 复杂度 的二 元 （ ｔ ，ｔ － １ ） Ｑ Ｆ 序 列“ 。其 中， （ ｔ ，ｔ － １ ） 序 列有两种 方式可 以选 择 ，一类序列相 关性能 比较好 ，另 一类是线性 复杂 程度 较大 。 （ ｔ ，ｔ － １ ） － Ｑ Ｆ 序 列可 以同意地 实现 ， 只要将 一个ｍ 序列 的两 个采样 序列 一位 模２ ／ Ｊ Ｄ 输入一个非线性 函数 即可。 ２ ． ８ 自编码 序列 １ ９ ９ ９ 年Ｎ Ｇ Ｕ Ｙ Ｅ－ ５ 在其文 献 中提 出 的了 自编