扩频码同步
ZigBee技术概述
ZigBee技术概述1ZigBee技术简介 (1)2 ZigBee结构 (2)2.1物理层 (2)2.2 MAC层 (4)2.3 网络层 (6)2.4 应用层 (7)1ZigBee技术简介ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低成本、低传输速率的具有统一技术标准的短距离无线通信技术，符合IEEE 802.5.4标准，主要适用于工业、家庭自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制。
ZigBee技术并不是完全独有、全新的标准。
它的物理层、MAC层采用了IEEE 802.15.4(无线个人区域网)协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。
其网络层、应用会聚层和高层应用规范由ZigBee联盟进行了制定。
根据IEEE 802.15.4协议标准，ZigBee的工作频段分为3个频段，这3个工作频段相距较大，而且在各频段上的信道数目不同，因而，在该项技术标准中，各频段上的调制方式和传输速率不同。
它们分别为868MHz、915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz频段上，分为16个信道，该频段为全球通用的工业、科学、医学(ISM)频段，且该频段为免付款、免申请的无线电频段，在该频段上，数据传输速率为250kbPs，另外两个频段为868/915MHz，其相应的信道数分别为10个信道和1个信道，传输速率分别为40kbPs和20kbPs。
在网络性能上，ZigBee设备可构造星型网络或者点对点网络，在每一个ZigBee组成的无线网络内，连续地址码分为16bit短地址或者64bit长地址，可容纳的最大网络设备个数分别为216个和264个，具有较大的网络容量。
在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA/CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突，此外，为保证数据传输的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
ZigBee设备为低功耗设备，其发射功率为，通信距离为30-70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最小地消耗设备能量。
卫星信道下低速扩频信号的快速同步
二 维搜索 … 。该 方案 不 需 要进 行 载 波频 率 扫描 ， 捕
０ 引言
直接序 列 扩频 广 泛 应用 于 军事 卫 星通 信 ， 为 作
获 时 间短 ， 在载 波频偏 较大 时 ， 关 长度只能 取得 但 相 比较短 （ 应 的 ＦＴ 相 Ｆ ｒ的点 数 就 要 求 比较 多 ） 因此 ， ＦＴ Ｆ ｒ的计 算 占用较 多 的硬件 资 源 。而且 由于一 般要
器 资 源。扩 频码 同步后 的载 波快 速恢 复是另一 个难 点 。不管 采用 哪 种码 捕 获 方 案 ， 频 码 同步 后 的载 扩
会采用 较低 的信息速 率 （ ２４ｋｐ） 如 ． ｂｓ和较 大 的扩 频 比（ １ ２） 如 ４ 。从 通信 传输安 全 的角度考 虑 ， ０ 希望 同 步 时间越短越 好 ； 另一 方面 ， 但 由于 信 息 速率 很 低 ， 而且卫 星信道 通 常又 存 在较 大 的多 普 勒频 移 ， 频 扩 信号 的快速 同步 非常 困难 。 为 了实现 大 载波频 偏情况 下低 速扩 频信号 的快 速捕获 ， 以采用 全相 关 匹配 结合 载 波 频 率 扫描 的 可
维普资讯
信 息传 输与接 入技 术
卫星信道下低速扩频信号的快速 同步
吴 果 ， 王艳 君 ， 申富 潘
（ 中国电子科技 集 团公 司第 ５ ４研 究所， 北 石 家庄 ０ ０ ８ ） 河 ５ ０ １
摘 要：提 出一种适合 于卫星信 道下低速扩频信 号的快速同步方案。在 高速 时钟的驱动 下， 用抽 头数远 小于扩 利
ｐ ａ ｅ ｌｃ —ｏ ｐ ｉ ｓｄ ｆｒｃ ｒｉｒｔ ｃ ｉｇ． Ｃａｃ ｌｔ ｎ ａ ｄ ｓｍｕａｉｎ ｒ ｓｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ ｐ ｐ ｓ ｄ ｉ ｅ ｓｂｅ． ｈ ｓ —ｏ ｋ ｌｏ ｓ ｕ ｅ ａｒｅ ｒ ｋｎ ｏ ａ ｌｕ ａｉ ｉ ｌｔ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｔｏ ｒ ｏ ｅ ｓｆａ ｉｌ ｏ ｎ ｏ ｈ ｏ Ｋ ｅ ｒ ｓ：ａｅｌｅ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ；ｓ ｒａ ｐ ｃｒｍ ； ｏ ｅ ａ ｑｕｓｔｏ ｃ ｒｉｒｒｃ ｖ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｔｌｉ ｏ ｔ ｎｃ ｔ ｏ ｐｅ ｄ ｓ ｅ ｔｕ ｃ ｄ ｃ ｉｉｉｎ； ａｒｅ ｅ ｏ ｅｙ
移动通信 实验 解扩实验
实验十二解扩实验一．实验目的：1、通过本实验掌握载波已调信号m序列解扩原理及方法，掌握解扩前后信号在时域及频域上的变化。
2、通过本实验掌握载波已调信号GOLD序列解扩原理及方法，掌握解扩前后信号在时域及频域上的变化。
二．实验内容：1、观察解扩时本地扩频码与扩频时扩频码的同步情况。
2、观察已调信号在解扩前后的频域变化。
三．基本原理：m序列解扩的是在接收到的RF信号上进行的，其实解扩的原理很简单，即用一个与发送端完全相同的m序列与接收到的信号直接相乘就可以完成信号的解扩，两个m序列的相位必须一致，即接收端产生的m序列必须进行捕获和跟踪，以使其速率和相位与发送端m序列保持一致。
四．实验原理：1、实验模块简介（1）CDMA发送模块：本模块的主要功能：产生PN31伪随机序列，将伪随机序列或外部输入的其它数字序列扩频，扩频增益为32，扩频后输出码速率为512kbps，可输出两条不同扩频码信号。
（2）CDMA接收模块：本模块的主要功能：完成10.7MHz射频信号的选频放大，当本地扩频码设置为与发送端扩频码相同时，可完成扩频码的捕获及跟踪，进而完成射频信号的解扩。
（3）IQ调制解调模块：本模块的主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。
2、扩频后的PSK已调信号分为三路送入CDMA接收模块中，分别与结婚搜模块中产生的m序列的超前、同相、滞后序列相乘。
在扩频码没有捕获到时，同相支路的捕获输出为低电平，扣码电路工作，每周期扣掉1/4个码元，使发送端和接收端的两个PN序列产生相对滑动，当滑动到两个序列的相位差小于一个码元时，电平，扣码电路停止工作，系统进入跟踪状态。
此时超前-滞后支路产生的复合相关特性出现，经低通滤波后控制VCO，使收发端PN序列完全同步，此后跟踪过程一直存在，维持PN序列的同步。
PN码同相支路的相乘信号经带通滤波后即为解扩后的信号。
该信号时一个基带信元的PSK调制信号，扩频码调制部分已经被去除。
扩频通信原理
扩频通信原理
扩频通信原理是一种通过将信号扩展到较宽的频带上来实现传输的通信技术。
它在信号传输过程中引入了一个称为扩频码的伪随机序列，在发送端和接收端之间进行同步和解扩，从而实现高速、抗干扰的通信。
扩频通信原理的基本思想是将待发送的数据信号与一个伪随机序列进行逐位运算，将数据信号“扩展”到一个较宽的频带上。
在发送端，通过调制将扩频信号转换为高频信号，然后经过通道传输到接收端。
在接收端，通过解调将接收到的高频信号转换回扩频信号，然后与接收到的伪随机序列进行逐位运算，得到原始的数据信号。
扩频码是扩频通信的核心技术之一。
它是一个具有良好相关性和随机性质的序列，它的周期非常长，一般比数据信号的周期长几倍甚至几十倍以上。
在发送端，通过将每个数据位与扩频码的对应位进行逻辑运算，实现数据信号的扩展。
在接收端，通过将接收到的扩频信号与扩频码进行逻辑运算，将信号恢复为原始的数据信号。
扩频通信原理具有以下几个重要特点。
首先，采用扩频码来扩展信号，增加了信号传输的抗干扰能力，有效抑制了窄带干扰。
其次，扩频信号在频谱上呈现宽带信号的特性，使得信号在传输过程中具有较好的传播性能。
再次，多用户之间可以共享同一频率资源进行通信，从而提高了频率资源的利用率。
最后，扩频通信还具有高安全性的特点，由于扩频码的随机性质，非法窃听者很难获取到有效的信息。
总之，扩频通信原理通过引入扩频码，将信号扩展到较宽的频带上，具有高速、抗干扰、多用户共享和高安全性等特点。
这种通信技术在无线通信、卫星通信、局域网和军事通信等领域得到了广泛的应用。
PN码的概念
PN码的概念：1.CDMA系统中的PN码同步原理发射机和接收机采用高精确度和高稳定度的时钟频率源，以保证频率和相位的稳定性。
但在实际应用中，存在许多事先无法估计的不确定因素，如收发时钟不稳定、发射时刻不确定、信道传输时延及干扰等，尤其在移动通信中，这些不确定因素都有随机性，不能预先补偿，只能通过同步系统消除。
因此，在CDMA 扩频通信中，同步系统必不可少。
PN码序列同步是扩频系统特有的，也是扩频技术中的难点。
CDMA系统要求接收机的本地伪随机码与接收到的PN码在结构、频率和相位上完全一致，否则就不能正常接收所发送的信息，接收到的只是一片噪声。
若实现了收发同步但不能保持同步，也无法准确可靠地获取所发送的信息数据。
因此，PN码序列的同步是CDMA扩频通信的关键技术。
CDMA系统中的PN码同步过程分为PN码捕获（精同步）和PN码跟踪（细同步）两部分。
PN码捕获是精调本地PN码的频率和相位，使本地产生的PN码与接收到的PN码间定时误差小于1个码片间隔T c，可采用基于滑动相关的串行捕获方案或基于时延估计问题的并行捕获方案。
PN 码跟踪则自动调整本地码相位，进一步缩小定时误差，使之小于码片间隔的几分之一，达到本地码与接收PN码频率和相位精确同步。
典型的PN 码跟踪环路分基于迟早门定时误差检测器的延迟锁定环及τ抖动环两种。
(学电脑)接收信号经宽带滤波器后，在乘地器中与本地PN码进行相关运算。
捕获器件调整压控时钟源，用以调整PN码发生器产生的本地PN码序列的频率和相位，捕获有用信号。
一旦捕获到有用信号，启动跟踪器件，用以调整压控钟源，使本地PN码发生器与外来信号保持精确同步。
如果由于某种原因引起失步，则重新开始新一轮捕获和跟踪。
同步过程包含捕获和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整。
2.PN码序列捕获PN码序列捕获指接收机在开始接收扩频信号时，选择和调整接收机的本地扩频PN序列相位，使它与发送的扩频PN序列相位基本一致，即接收机捕捉发送的扩频PN序列相位，也称为扩频PN序列的初始同步。
基于FPGA的直序扩频系统的同步设计
Ｚｈ ｎ ａ ｇＢｏａ ｔｏ，ＭａＹａ ｎ’ｅ ｉｉｎ，Ｈｕ Ｇｕ ｎ ｕ ，Ｌ Ｊａ ａｈ ａ，ＸｉｇＬ ｉ ｎ ｅ
（ｎｔｕｅ ｆ ｉ ａＣ ｐ ｒ ｇａｄＰｏｅｓ ｇＴ ｃｎ ｌｇ ， ｒ ｉ ｒｔ ｏ Ｃ ｉａ ａ ｕｎ０ ０ ５， ｉａ Ｉｓｔｔ ｏ Ｓｇ ｌ ａｔｉ ｒｃｓｎ ｅｈ ｏ ｙＮｏｔ Ｕｎｖ ｓｙ ｆ ｈｎ， ｉ ａ， ０ １ ｉ ｎ ｕ ｎ ｎ ｉ ｏ ｈ ｅ ｉ Ｔ ｙ ３ Ｃｈｎ ）
称粗 同步 ） ，主要是捕获伪码 。接收饥在一开始并不知道对
２ １８ ｏ１ ．
方是否发送 了信号 ，因此需要有一个搜捕过程 ； 其次是同
则其输 出波形为 ：
０
步跟踪 （ 又称精同步 ） ，一旦完成捕获后，则进入跟踪过程 ，
即继续保持同步 ，不因外界影响而失去同步 圈 。
（ ＝ （ （ ＝Ｉ （ Ｔ ） ＝ ｆ ｓ）言
扩频通信技术因为具有较强的抗干扰 、抗 噪声 、抗 多
能进行解调。接收机著要把伪码扩展的信号解 出，接收方
就必须能产生一个 与发方一样的伪码序 列 （ 保证最大相关
值） ，而且该本 地伪码速 率 、相 位要 与接 收到 的伪 码保持
一
径衰 落能力 、较好 的保 密性 、较 强的多址能力和高精度测 量等优 点，在军事抗干扰 和个 人通信 业务 中得到 了很大 的
发展 。在扩频 系统 中 ，对扩频码 的同步捕获又是一项关键
的技 术 ，近 年 来 受 到 了广 泛 的 关 注 和研 究 。
致 。对于约定好的收 、发方 用同一个 伪码很容易办到 ，
但 是 ，如果要 从解 扩相关器 中得到传送的信息 ，仅仅保证
一
样 的码型是远远不够的 ，因为即使相 同的伪随机码 ，当
现代无线通信原理：第四章 多址技术(2018)
带宽的比值来近似估算系统的扩频处理增益，
GP =
B F
4.1.1 扩频通信理论基础
iHale Waihona Puke 例2 有一个扩展频谱通信系统，信号扩频后带宽为20MHz， 原始基带信号带宽为20KHz，则系统的扩频处理增益为GP?
Gp＝10 lg[20 106(20 103)]=30 (dB)。
4.1.2 扩频通信方法
◼ 目前，最基本的展宽频谱的方法有三种
2
e
1.44
令x = S/(N0B)，代入上式得
lim C
B→
=
S N0
lim
B→
N0B S
log2 (1+
S )
N0 B
=
S N0
log2
e
= 1.44
S 极限值
N0
◼上式表明，保持S／N0一定，即使增加信号带宽B→ ，信 道容量C也是有限的。原因是当信号带宽B→ 时，噪声功率 N也趋于无穷大。
4.1.1 扩频通信理论基础
S )
N0 B
4.1.1 扩频通信理论基础
由香农定理可以得到如下结论：
1) 增大信号功率S可以增加信道容量，从而增加了信息传输
的极限速率Ri。若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无
穷大，即
lim
S→
C
=
lim
S→
B log2 (1+
S )
N0B
→
2) 减小噪声功率N（或减小噪声功率谱密度N0）可以增加信 道容量，若噪声功率趋于0（或噪声功率谱密度N0趋于0），则 信道容量趋于无穷大，即
4.1.3 跳频系统（4）
◼ 接收端必须以同样的伪码置定本地频率合成器，使 其与发端的频率作相同的改变，即收发跳频必须同 步，这样，才能保证通信的建立。解决同步及定时 是实际跳频系统的一个关键问题。
CDMA扩频通信系统实验
实验七、CDMA扩频通信系统实验一、实验目的通过本实验将扩频解扩的单元实验串起来，让学生建立起CDMA通信系统的概念，了解CDMA通信系统的组成及特性。
二、实验内容1、搭建CDMA扩频通信系统。
2、观察CDMA扩频通信系统各部分信号。
3、观察两路信号码分多址及其选址。
三、基本原理扩频通信的理论基础是香农于1948年发表的《A Mathematical Theory of Communication》一文，即著名的信息论。
香农信息论中有关信道的理论容量公式为：式（20-1）也被称为香农定理，其中为信道容量，单位为bps；为信道带宽（也被称为系统带宽）；为信噪比（dB）。
式（20-1）给出了在给定信噪比和没有误码的情况下信道的理论容量与该信道带宽的关系。
从这个公式还可以得出也重要的结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。
换言之，信噪比和信道带宽可以互换。
扩频通信系统正是利用这一理论，将信道带宽扩展许多倍以换取信噪比上的好处，增强了系统的抗干扰能力。
图20-1 典型的扩频通信系统模型一个典型的扩频通信系统框图如图20-1所示。
由图20-1可以看出，扩频通信系统主要由原始信息、信源编译码、信道编译码（差错控制）、载波调制与解调、扩频调制与解扩和信道六大部分组成。
信源编码的目的是减小信息的冗余度，提高信道的传输效率。
信道编码（差错控制）的目的是增加信息在信道传输轴格的冗余度，使其具有检错或纠错能力，提高信道传输质量。
调制部分的目的是使经过信道编码后的符号能在适当的频段传输，通常使用的数字信号调制方式为振幅键控、移频键控、移相键控，在码分多址移动通信中使用QPSK和OQPSK都是PSK的改进型。
扩频通信和解扩是为了提高系统的抗干扰能力而进行的信号频谱展宽和还原。
可见，与传统通信系统相比较，该系统模型中多了扩频和解扩两个部分，经过解扩，在信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号。
扩频通信系统按扩频方式的不同，分为以下四种类型：◆ 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，DS-SS）◆ 跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum，FH-SS）◆ 跳时扩频（Time Hopping Spread Spectrum，TH-SS）直接序列扩频系统采用高码速率的直接序列（Direct Sequence，DS），伪随机码在发端进行扩频，在收端用相同的码序列去进行解扩，然后将展宽的扩频信号还原成原始信息。
《扩频码同步》课件
二、扩频码同步的原理
1 扩ห้องสมุดไป่ตู้码的生成方式
2 扩频码同步的意义
探讨扩频码的生成方式， 如正交码、伪随机码等， 并解释其在同步中的影响。
阐述扩频码同步对通信系 统性能的影响，以及同步 技术在消除码间干扰中的 作用。
3 扩频码同步的方法
介绍常用的扩频码同步方 法，如非线性同步方法、 协作同步方法等，并对比 其优缺点。
《扩频码同步》PPT课件
这份PPT课件将详细介绍扩频码同步技术的原理、难点、实现流程、应用及前 景发展等方面，为您呈现全面的扩频码同步知识。
一、引言
扩频通信的概念
解释扩频通信的基本概念和意义，探讨其在现代通信领域中的重要性。
扩频码的作用
介绍扩频码在通信中的作用，以及为什么同步是扩频通信中的关键问题。
展望扩频码同步技术的未来发 展趋势，以及对通信行业的影 响和意义。
动态调整扩频率的方 向
探讨扩频码同步技术中动态调 整扩频率的发展方向，以满足 不同应用场景的需求。
前景及未来发展趋势
总结扩频码同步技术的前景， 以及未来发展中需要关注的重 点和挑战。
七、参考文献
**注：本PPT课件介绍了扩频码同步技术的原理、难点、实现流程、应用及前 景发展等方面，是一份全面的扩频码同步介绍材料。**
解调器的设计及实现
讨论解调器在扩频码同步中的作用，以及解调器设 计中需要考虑的因素。
五、扩频码同步的技术应用
1 军事应用
探索扩频码同步技术在军事通信中的应用， 如抗干扰、保密通信等方面。
2 通信应用
介绍扩频码同步在商业通信中的应用，如移 动通信、物联网等领域的发展。
六、结论
扩频码同步技术的发 展前景
三种扩频码的作用
短码、长码和Walsh码直序列扩频通信系统扩频通信是一种无线通信技术。
他所用的传送频带比任何用户的信息频带和数据速率都大许多倍。
用W表示传送带宽(单位为Hz)，用R表示数据速率(单位为bit/s)，W/R被称为扩展系数或处理增益。
W/R的值一般可以在一百到一百万的范围(20db~60db)。
讲到这里，不得不把香农老先生搬出来，这个人可是咱们现代通信理论的奠基人，严重的崇拜（可惜他的著作《信息论》咱实在是看不懂啊，汗！）香农容量公式(Shannon’ scapacityequation)，这个公式放在这里，人老先生费半天劲搞出来的，我们不去讨论其推算原理，只认为这是正确的。
哦，香农还指出这是在加性高斯白噪声的信道模型下的公式，基本上我们现在的移动通信就是用这个东东啦。
C=Blog2[1 + S/N]其中：B为传送带宽(单位为Hz)；C为信道容量(单位为bit/s)；S/N为信号噪声功率比。
传统通信系统通常压缩信号速率至尽可能小的带宽信道进行传送，cdma系统则采用宽带信道传送信号，以获得处理增益，提高信道容量。
为什么哪？根据香农公式，他老人家说增加信道带宽可以换取更高的信道容量或者是更低的信噪比，以提高收发双方通信的可靠性。
当一个用户以9600bps速率进行语音通信时，cdma的信道带宽是1,228,800hz，处理增益为1,228,800hz/9600=128=21dB。
以此推算，每当用户数增加一倍，信道处理增益下降3db，当用户数达到32个时，信噪比接近底线，达到单扇区容量极限。
实际上，cdma系统对单载波单扇区通话的用户数进行了限制，以确保系统处理增益可以保持在理想的水平。
发信者把需传送的低速数据与一组快速扩频序列合成后通过发射机发射出去，接收者从空中借口截取信息流后，用同一快速扩频序列进行解扩频，从而得到原始信息。
好，扩频的概念有了。
我们再接着往下看。
cdma系统通过码片(chip)来传输信号(signal)，通常每一比特信息要占用几个码片。
复合序列扩频通信系统同步方法的研究
复合序列扩频通信系统同步方法的研究复合序列扩频通信系统同步方法的研究复合序列扩频通信系统是一种广泛应用于无线通信领域的技术，它具有抗干扰能力强、传输速率高等优点。
然而，在复合序列扩频通信系统中，同步问题一直是一个重要的研究方向。
因此，本文将从同步方法的角度探讨复合序列扩频通信系统的同步问题。
一、复合序列扩频通信系统的同步问题复合序列扩频通信系统中，同步问题主要包括码片同步和帧同步两个方面。
其中，码片同步是指接收端需要正确地识别发送端使用的扩频码，以便进行解扩；而帧同步则是指接收端需要正确地识别发送端发送的数据帧的起始位置，以便进行数据解码。
复合序列扩频通信系统的同步问题主要由以下因素引起：1. 传输信道的多径效应和噪声干扰会导致接收信号的时延和相位偏移，从而影响码片同步和帧同步的准确性。
2. 发送端和接收端的时钟频率不同，也会导致码片同步和帧同步的偏差。
3. 复合序列扩频通信系统中使用的扩频码和数据帧具有一定的周期性，这也会对同步造成影响。
二、复合序列扩频通信系统的同步方法为了解决复合序列扩频通信系统的同步问题，研究人员提出了多种同步方法。
下面将介绍几种常用的同步方法。
1. 基于相关峰的同步方法基于相关峰的同步方法是一种常用的同步方法。
该方法利用接收信号与本地扩频码的相关性来进行码片同步和帧同步。
具体来说，接收端将接收到的信号与本地扩频码进行相关运算，得到相关峰的位置，从而确定码片同步和帧同步的位置。
2. 基于最小均方误差的同步方法基于最小均方误差的同步方法是一种基于估计误差的同步方法。
该方法利用接收信号与本地扩频码的差异来进行码片同步和帧同步。
具体来说，接收端通过估计接收信号与本地扩频码的差异，计算出最小均方误差，从而确定码片同步和帧同步的位置。
3. 基于卡尔曼滤波的同步方法基于卡尔曼滤波的同步方法是一种基于状态估计的同步方法。
该方法利用卡尔曼滤波器对接收信号进行处理，从而估计出码片同步和帧同步的位置。
扩频通信中直接扩频系统的同步技术
摘要扩频通信作为一种新型的通信体制，具有很多独特的优点，在军用和民用领域中都得到了广泛的应用。
扩频通信中一个关键性的问题就是扩频信号的同步，包括捕获和跟踪两个步骤，同步性能的优劣直接影响到整个扩频通信系统的性能。
因此，对直扩系统同步的研究具有很大的实用价值。
本文深入研究了扩频通信中直接扩频系统的同步技术，包括伪随机(PN)序列的捕获、跟踪和载波同步。
在伪随机(PN)序列的捕获中研究了串并结合的大步进方法。
研究了伪码串行-载波并行、伪码并行-载波串行、伪码串行-载波并行、伪码并行-载波并行4种捕获方法。
在特定的参数下，设计出直扩通信系统，并在高斯信道条件下，仿真得出了直扩系统的误码率性能曲线，在此基础上运用了伪码并行-载波串行的方法进行仿真分析，从MATLAB仿真结果可以看出捕获方案确实可行。
关键词：扩频通信；同步；捕获；跟踪AbstractAs a new type of communications system,spread spectrum communications has many unique advantages, and has been widely used in both military and civilian fields. The synchronization of spread specturn signal, including acquisition and tracking, is the key problem of spread specturn communication. The performance of synchronizing has direct impact on the whole spread spectrun communication system. As a result, it’s very important to discuss this problem.This paper researches into synchronization techniques of direct-sequence spread spectrum systems, which include PN code acquisition, PN code tracking and carrier recovery. we studied PN acquisition scheme, large step acquision scheme. This paper discusses four capture methods about serial PN code, serial carrier, parallel PN code, serial carrier, serial PN code, parallel carrier, and parallel PN code, parallel carrier. Incertain parameters, design of direct sequence spread spectrum communication system, and in the Gauss channel conditions, simulation of the curve of the BER performance of DSSS system, on the basis of using the parallel PN code, carrier serial simulation, simulation results can be seen from the MATLAB capture scheme is feasible.Keywords: S pread Spectrum Communications; Synchronization; Acquisition; Tracking目录1 绪论 (1)2直接序列扩频通信的理论基础 (4)2.1扩频通信的理论基础 (4)2.1.1基本理论 (4)2.1.2扩频通信的特点 (5)2.2直接序列扩频通信系统 (6)2.3伪随机序列 (9)2.3.1m序列 (10)3 直接序列扩频系统的同步 (12)3.1同步机理 (12)3.2信号捕获 (12)3.3 信号跟踪 (17)3.3.1 载波跟踪技术 (17)3.3.2 锁相环原理 (18)3.3.3 锁频环原理 (20)3.3.4 锁相环与锁频环的性能比较 (21)4直扩系统的仿真分析 (23)4.1设计参数 (23)4.2 直扩通信系统的原理框图 (23)4.3直扩通信系统的仿真分析 (24)4.4 直扩系统的抗干扰性能分析 (30)5 同步仿真分析 (31)5.1同步参数设计 (31)5.2 PN码的自相关性仿真 (31)5.3 捕获 (32)5.4 跟踪 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (43)附录B 中文翻译 (55)附录C 程序 (64)1 绪 论扩频通信是建立在ClaudeE.Shannon 信息论基础之上的一种新型现代通信体制。
移动通信原理 实验报告
南京邮电大学实验报告实验名称__CDMA扩频与解扩_ 呼叫实验_____课程名称现代移动通信 _ _班级学号姓名开课时间 2011 /2012 学年，第二学期实验一 CDMA扩频与解扩一、实验目的1. 了解扩频调制的基本概念；2.掌握PN码的概念以及m序列的生成方法；3.掌握扩频调制过程中信号频谱的变化规律。
4. 了解CDMA解扩的基本概念；5. 掌握解扩的基本方法；6. 掌握解扩过程中信号频谱的变化规律。
二、实验设备1. 移动通信实验机箱一台2. 微型计算机一台三、实验原理1. 扩频实验原理m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位器产生的周期最长的一种序列。
如果把两个m序列发生器产生的优选对序列模二相加，则产生一个新的码序列，即Gold码序列。
实验中三种可选的扩频序列分别是长度为15的m序列、长度为31的m序列以及长度为31的Gold序列。
1.长度为15的m序列由4级移存器产生，反馈器如图所示。
初始状态 1 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 10 1 1 11 0 1 10 1 0 11 0 1 01 1 0 10 1 1 00 0 1 11 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 0 1……………………………….1 0 0 02.长度为31的m 序列由5级移存器产生，反馈器如图所示。
a4a3a2a1+a03. 长度为31的gold 序列:Gold 码是Gold 于1967年提出的，它是用一对优选的周期和速率均相同的m 序列模二加后得到的。
其构成原理如图2.1.3所示。
两个m 序列发生器的级数相同，即n n n ==21。
如果两个m 序列相对相移不同，所得到的是不同的Gold 码序列。
对n 级m 序列，共有12-n 个不同相位，所以通过模二加后可得到12-n 个Gold 码序列，这些码序列的周期均为12-n ，如图2.1.4所示。
两组数据为： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 0 1 0 0 00 0 1 0 0 0 0 1 0 01 0 0 1 0 0 0 0 1 0m 序列发生器 n 级 m 序列发生器n 级 初态设置 时钟 Gold 码 21m m ⊕ 1m 2m0 1 0 0 1 0 0 0 0 11 0 1 0 0 1 1 1 0 11 1 0 1 0 1 0 0 1 10 1 1 0 1 1 0 1 0 00 0 1 1 0 0 1 0 1 01 0 0 1 1 0 0 1 0 11 1 0 0 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 0 0 1 01 1 1 1 0 0 1 0 0 11 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 1 1 1 1 0 0 0 10 0 1 1 1 1 0 1 0 10 0 0 1 1 1 0 1 1 11 0 0 0 1 1 0 1 1 01 1 0 0 0 0 1 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 01 0 1 1 0 0 1 1 0 01 1 0 1 1 0 0 1 1 01 1 1 0 1 0 0 0 1 10 1 1 1 0 1 1 1 0 01 0 1 1 1 0 1 1 1 00 1 0 1 10 0 1 1 11 0 1 0 1 1 1 1 1 00 1 0 1 0 0 1 1 1 10 0 1 0 1 1 1 0 1 00 0 0 1 0 0 1 1 0 10 0 0 0 1 1 1 0 1 1……………………………………………………………………………….所以生成长度为31的Gold序列为：{0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,1,1,0,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0} 在硬件上，扩频调制是通过单片机和学生平台软件联合实现的。
精品文档-扩频通信技术及应用(第二版)(暴宇)-第5章
第5章 扩频通信的扩频码同步 图5-3 发射参考信号的同步方法
第5章 扩频通信的扩频码同步
发送端把含有信息的已调信号与不含信息的fc1同伪随机 码进行调制后， 合并、 放大， 然后发送出去。 在接收端，
两个频率的信号分别在两个通道中放大， 经过相关运算后，
取出中频， 解调后还原出信息。 设发送的两个信号分别为
5.1 同步不确定性的来源 1. 频率源的漂移 对数字通信而言，最严重的还是码相位的偏移， 使系统 性能下降。 对于码发生器， 当时钟速率偏移10 Hz时， 将 变成10 bit／s的累积码元偏差， 一小时后就会引起相位偏 差36 000 bit， 这样会造成系统不能正常工作。 图5-1说明 了各种相对码速率偏移对系统的积累偏移的影响。
第5章 扩频通信的扩频码同步 图5-4 典型的JPL码发生器
多普勒频移的大小为
第5章 扩频通信的扩频码同步
f f Hz c
(5-1)
式中： v为发射机与接收机的相对位移速度； f为发射频 率； c为电磁波的传播速度， 值为3×108 m/s。
第5章 扩频通信的扩频码同步
当频率高时， 多普勒频移是一个很重要的参数， 如 f=1 GHz时， 相对运动速度v=100 km／h=27.8 m／s， 则多 普勒频移Δf=92.7 Hz。 接收机频率f收为
第5章 扩频通信的扩频码同步
组合码和m序列的自相关特性不一样， m序列在一个周期 内只有一个相关峰值点， 而JPL码则有P＋1(P是JPL组合码中 子码的数目)个， 而且除了一个以外的所有自相关峰值只(并 分别)与组成这个组合码的各个子码有关， 最高的自相关峰值 对应于整个组合码同步。
第5章 扩频通信的扩频码同步 用JPL组合码来同步是先用一个子码与组合码进行滑动相 关搜索， 一旦这个子码与嵌在组合码中的其他对应子码达到 同步， 就产生局部相关。 这个局部相关就成为进行第二个子 码进行滑动相关搜索的开始信号， 第二个子码的局部相关峰 值增加……这个过程一直继续到组成组合码的全部子码都各自 与接收信号中的对应部分同步为止。 当全部子码都各自同步 时， 这个相关就像组合码直接被同步一样。
扩频码的同步捕获
6.1 扩频码的同步
图6-1 扩频通信系统原理框图
2
6.1.1 发射参考信号法
本地参考扩频码不是在接收机中产生，而由发射机产生，再发送到接收机。扩 频码c(t)同时对两载波进行调制，信息仅对载波fc1调制，两载波相差一中频 。它 们在接收机中经混频后自然成为已解扩的中频信号。
3
6.1.1 发射参考信号法
扩频码同步捕获时间
TAC TD
ห้องสมุดไป่ตู้
其中， TD Tc rTc , 2r 1 N
特点
扩频码同步捕获时间最短。但是，接收机要使用2N个相关器，当N＞＞1（一般情况 如此）时，扩频码序列同步捕获电路的设备量就很大。例如，当N＝2047时（处理 增益为33.1dB），同步捕获要用4094个相关器，过于庞大。
TD Tc , 2r 1 N
积分器的输出
vi (t)
A
TD 0
c(t
Td
)c(t
iTc 2
)dt
TD N (t)c(t iTc )dt
0
2
i 0, 1, 2, , 2N 1
8
6.1.4 自同步法
如果相位延迟Td 满足 则2N个相关器中，第i个输出最大
iTc 2
Td
(i 1)Tc 2
vi (t) A
TD 0
c(t
Td
)c(t
iTc 2
)dt
TD N(t)c(t iTc )dt
0
2
ATD (1 ) Ni (TD )
式中： Td为归i一化1时间差。
Tc 2 2
其它相关器的输出
v j (t) ATDRk ( j i) N j (TD )
( j i) 0
自编码扩频通信系统中码元同步问题的研究
图 １ 自编码直接序 列扩频 电路
２ 自编码扩频序列产生方法 的改进
根 据 自编码 扩 频 通信 的思 想 ， 论 自编码 扩 频 讨 序 列是 这样 产 生 的 ： 考 虑 到 自编 码 扩 频 通 信 的 初 （ 始 同步 问题 ， 。 艘 和 的初 始状 态 应该 相 同 ， 即存
（ 兰州交通 大学 电子与信息工程学 院 ， 甘肃 兰州 ７ ０７ ） ３ ０ ０
摘
要 ： 自编码扩频在传输数字信 息时能实 现扩频码 动态可变 的特性 ， 论 了 自编码扩频 的通信 原理 ， 针对 基于 讨 并
自 编码扩频通信 系统 中的同步问题 ， 出了扩频 码产 生的新方 法。通过分析表 明， 提 该方法产 生的扩频码具 有随机性
Ｌ ２ Ⅳ ’
Ｉ （ Ｉ ｍ）
＝
Ⅳ… ｊ Ｊ ”
２
噪声 分量 为随机 变量
Ｉ 口［ ｎ＋ ］・ Ⅳ ｎ （ ｍ） Ｒ （ ）・ 一 ｅ口 ｌ
（） ５
Ｊ抽头移 位寄存 器 Ｓ Ｓ 的随机序列是 相 同 ７ ｖ Ｒ 、Ｒ 中 的。既然 自编码扩频通信所使用的扩频码是 Ｓ Ｒ中 的随机序列 随机移 位而来 的移位序列 ， 么收端 同 那 步 时 只需将 Ｓ ：中的 随机序 列 逐次左 移 １ 在 和接 Ｒ 位 收到的信息序列进行循环相关运算 ， 若相关运算值 大于预定门限值 ， 就停止左移 ， 说明这时 Ｓ Ｒ 中的随 机序列就是发端的扩频序列 ， 相关值小于预定 门 若 限值 ， Ｓ ： 续左 移 一位 ， 接收 序列 进行 循环 相 则 Ｒ继 和 关 运 算 ， 和 门 限 值 比 较 ， 此 重 复 ， 到 移 位 后 再 如 直 Ｓ 中 的随机 序列 就是 发 端使 用 的扩频 序列 。 Ｒ
扩频通信讲义
1.1 扩频通信旳基本概念
特点（判断扩频通信系统旳准则）
（1）传播信号旳带宽远远不小于被传播旳原始信息 信号旳带宽；
（2）传播信号旳带宽主要由扩频函数决定，此扩频 函数一般是伪随机（伪噪声）编码信号。
取得旳好处 具有很强旳抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干 扰旳能力。
9
1.1 扩频通信旳基本概念
扩频系统具有抗干扰能力旳理论基础
自有关函数：
S( f ) N0 2
f
R(τ ) S( f )e j2πfτdf N0 δ(τ )
2
对白噪声信号处理困难。使用伪噪声码序列替代白噪声，它们
旳统计特征相近。伪噪声序列是接近于高斯信道要求旳最佳信
号形式。
R(τ)
1 N
N
ci ci
i 1
1
1 N
τ 0 τ 0
N
1
R(τ
可供随机选用旳载波频率数一般是几千~几万个离散频率， 在如此多旳离散频率中，每次输出哪一种由伪随机码决定。
24
1.2.2 频率跳变系统
25
频率跳变系统
工作原理 频率跳变系统中
发信机旳发射载波频率，在一种预定旳频率集内由伪随机码 序列控制频率合成器(伪)随机旳由一种跳到另一种。
收信机中旳频率合成器也按摄影同旳顺序跳变，产生一种和 接受信号频率相差 fIF(中频频率)旳参照本振信号，经混频后 得到频率固定旳中频信号，此过程称为对跳频信号旳解跳。 解跳后旳中频信号经放大后送到解调器解调，恢复出传播旳 信息。
➢也就是说对于任意给定旳信息传播速率C，当信号噪声功率
比S/N下降时，能够用增大系统旳传播带宽B来取得较低旳信
息差错率。
11
1.1 扩频通信旳基本概念
M元正交扩频快速同步方法
快 速 同步方法 ， 以提 高 接 收机 灵 敏度 和降低 计 算法
复杂度 ； 通过仿真实验对其有效性 和适用性 进行 并且 了验 证 ， 同时与基 于部分匹配滤波器 和快速傅里 叶变 换 的快速 同步 （ ＭＦＦ ） Ｐ ．胛 算法 进行 了比较 ．
位 等领域 中得到 了 广泛 的应用 ． 然而 随 着通 信 侦察
中图分类号 ： Ｎ １ Ｔ ９４
ｄｉ１．９９ ｊ ｓ ．００５５ ．０００ ．２ ｏ： ３６／． ｓ １０ — Ｘ ２ １．２ ０２ ０ ｉｎ ６
扩展 频 谱 通信 … 是 将 信 号扩 展 到很 宽 的频 带 上进 行传输 ， 并在 接 收端 对 扩 频信 号 进行 相 关 处理
恢复成 窄带 信号 ． 具 有较 强 的抗 干 扰 、 衰 落 、 它 抗 抗 多径 性 能 ， 因而 近年 来 在通 信 、 达 、 雷 导航 、 测距 、 定
文 中采 用格 雷互补 序列进 行 Ｍ 元 正交 扩频 ， 总 体方 案如 图 １ 所示 ． 元正交 扩频 的设计 如下 ： 扩 Ｍ 在
计 一个结 构简单 、 隐蔽 性强 的 Ｍ 元扩 频通 信 系统 成
了亟待解 决 的问题 ．
文 中利 用格 雷 互 补 序列 进 行 Ｍ 元 正交 扩 频
Ｖ １ ８ ｏ２ ０ ３ Ｎ ． ．
Ｆ ｂ ｕａｙ ２ ０ ｅ ｒ ｒ ０１
文章编号 ：１０ －６ Ｘ（００ ０ —１６ ０ ０ ０５ ５ ２ １ ）２０ １—５
Ｍ 元正 交 扩 频快 速 同步方 法 术
熊海 良 李文 刚 孙德春 杨宏 易克初
（． １ 西安 电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重 点实验室 ，陕西 西安 ７ ０ ７ ； １０ １
基于System View的扩频通信中同步的仿真
图 ２ 同步 原 理框 图
接 收 到 的信 号 经 宽 带 滤 波 器 后 ，在 乘 法 器 中 与本 地 Ｐ Ｎ
码 进 行 相 关 运 算 。 此 时 搜 捕器 件 ， 整 压 控钟 源 ， 整 Ｐ 调 调 Ｎ码
二 、同步 的基本 原理
在 直 扩 同步 ｌ ］ 跟 踪 中 一 旦 扩 频 接 收 机 与 接 收 信 号 同 】的 Ｉ ２
通 信 中 同 步 的 仿 真
仇 平 ． 华 齐
西 安 ７０ ３ ） １０ ２ （ 西安 ｉ 业 大
摘 要 ：Ｎ 码序列的同步是扩频 系统所持有的 ， Ｐ 也是扩频技 术中的难点。本文根据扩频通信 中同步的基本原理 ， 利用滑动相关法实现 Ｐ 序 Ｎ
列码 的 同步 ， 用 Ｓ ｓ ｍＶ ｅ 软 件 对其 进 行 仿真 验 证 。 采 ｙｔ ｅ ｉｗ
关 键词 ： 同步 ； 滑动相关；ｙｔｍＶｅ 扩频 Ｓｓ ｅ ｉｗ；
中 图分 类号 ： Ｎ９ Ｔ １
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ８ ６ ６ （ ０ ８ ０ — １ ７ ０ １ ０ — ９ Ｘ ２ ０ ）４ ０ １ — ２
Ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓＳ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｐ ｅ ｄ Ｓ ｅ ｔ ｕ ｍｍ ｕ ｉ ａ ｉ ｎ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｅ ｎ Ｓ ｓ ｅ Ｖｉ ｗ ｎ Ｓ ｒ ａ ｐ ｃ ｒ ｍ Ｃｏ ｏ ｎ ｃ ｔｏ
Ｑｉ ｇ Ｑｉ ａ ｕＨｎ ， Ｈｕ
的 信 号 能通 过 相 关 器 后 面 的 中频 滤 波器 ． 证 解 调 器 能够 很 保 好 的工 作 ， 常 称 这 一 步 为 扩 频 码 的 同 步 捕 获 或 粗 同 步 。一 通 旦 扩频 接 收 机 实 现 了扩 频 码 的 同步 捕 获 后 ． 地 参 考 扩 频 码 本
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8.2 PN码捕获与跟踪
基于匹配滤波器的并行PN码捕获
原理框图
x(k)
z1 z1
z1 z1
..... z1
c1
c2
c3
..... cN
y(k)
8.2 PN码捕获与跟踪
➢对扩频信号以2倍码片速率采样并将其输入 到移位寄存器。 ➢移位寄存器中信号与本地扩频序列相乘后再 相加，得到两个序列的相关值。 ➢相关值与门限值比较判决是否达到同步。 并行捕获: 每一个码片内都能得到相关值
8.2 PN码捕获与跟踪
基带延迟锁相PN码跟踪环（DLL）
原理框图
Tc / 2
输入基带信号
误差
环路
提取
滤波
本地码发生器
捕捉获得时延
时钟单元
解扩输出
8.2 PN码捕获与跟踪
鉴相器 改造PN码自相关函数 RPN ( )得到误差信号
ez RPN RPN
Tc 表示超前、滞后相关器延迟时间
8.2 PN码捕获与跟踪
PN码捕获 使本地 PN码与接收信号中的 PN码相位对齐
PN码跟踪 使两个序列的相位误差更小 且能保持高精度的相位对齐
8.2 PN码捕获与跟踪
PN码捕获
基于相关器的串行捕获
原理框图
积分清除
( )2
I路输入
c ' t
积分清除
( )2
Q路输入
门限
yt 判决
PN码发生器
8.3 全数字非相干延迟锁相环
➢二元误差值经序贯滤波1后，输出增／减 控制信号，控制增减二分频电路插/扣脉冲， 调整PN码相位，但不能使误差为0； ➢本环路再将滤波1输出的增／减控制信号 再经过滤波2，由滤波2输出的增／减控制 信号，调整NCO时钟，使其误差为0。
生器的相位与输入序列对齐。
8.3 全数字非相干延迟锁相环
结构图
采样量化
r(t) D
1 N1
N n mod N 0
1 N1
N nmodN0
PN 码产生
+ 2
ek
符号 检测
-
门限 判决
2
序贯滤波器1 序贯滤波器2
累加
DCO
初值
脉冲增减 NCO 二分频
分频
8.3 全数字非相干延迟锁相环
原理
➢ 超前、滞后鉴相得多比特误差信号，门 限判决将其转成超前／滞后二元误差值。 ➢数字序贯滤波器可增、减计数，对门限 判决后产生的超前／滞后脉冲作向上／向 下计数。当其计数值超过某数值时，输出 脉冲增／减控制信号并复位。
8.1 扩频系统同步概述
扩频通信 传输信息带宽远大于传输该信息所需 要的最小带宽
扩频通信的优点 保密性好、低截获概率、抗干扰 抗多径效应、多址能力强
8.1 扩频系统同步概述
直扩系统的同步 PN码（扩频码）同步、载波同步、帧同步
跳频系统的同步 参考时钟法 收发双方跳频图案同步跳变，各用户预先 约定好控制频率合成器的 PN码和频率表。 匹配滤波法
判决值只与接收信号中的PN码 ct
和本地产生 PN码 c' t 的相关程度有关
与载波频偏无关
8.2 PN码捕获与跟踪
➢当判决值大于门限值，认为已捕获。 ➢否则本地时钟控制扣除一个序列生成时钟 周期，使本地PN 码相位调整一个码片位移， 进行下一符号周期的关运算与判决。 串行捕获: 在一个符号内接收PN 码与本 地PN 码作相关运算，捕获时间长。
时钟控制
8.2 PN码捕获与跟踪
设 Q支路输入 btctsin t I 支路输入 btctcos t
式中 ct 为接收信号中的PN码
c' t 为本地产生的 PN码
b(t)为数据序列， 为载波频偏
8.2 PN码捕获与跟踪
判决器的输入信号
yt btctc' t 2 sin2 Δωt cos2 Δωt ctc' t 2
2
Tc 为码片周期
8.2 PN码捕获与跟踪
鉴相特性曲线
eL
RPN
(
TC 2
)
eE
RPN
(
TC 2
)
eL-eE
TC 2
0 TC 2
8.2 PN码捕获与跟踪
工作原理
➢接收序列分别移位
Tc 2
和 Tc 后与本地
2
序列经迟、早相关器得到环路误差信号
➢误差信号经环路滤波器后形成控制信号
➢控制信号控制本地时钟，使本地序列发