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]。由图1-1可知，在信号的发送端，用一自相关性很强而互相关性为零的高速扩频序列作为地址码，与要传输的用户数据相乘。由于扩频序列的速率比用户数据的速率高得多，因此就扩展了传输信息的带宽。这个过程叫做扩频。

根据时频变换特性可知，时间有限的波形其频谱无限；而频谱有限的信号在时间上则是无限的。在直扩系统中，高速的伪随机序列与低速的用户信息相乘，得到一串新的高速序列码，此序列比原始用户信息速率高很多，每个码片所占的时间明显减少，而在频域上的表现，则是频谱的扩展，从而实现了扩频技术。

由于信息信号被伪随机序列调制后，它的频谱不仅在相对较宽的

频带上被扩展了，而且它的功率密度也大大降低了，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，进一步检测信号的参数（伪随机序列）就更加困难。故伪随机序列实现了频谱扩展功能，从而提高了信号的抗干扰性与隐蔽性。

2.2 实现多用户同频复用

如图1-1可知，直接序列扩频系统采用相同的发射频率，利用不同的伪随机序列来区分用户，从而实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信，即码分多址（cdma，code division multiple address）。cdma不像fdma、tdma那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，而区分用户的唯一方式是不同的标识码，正是由于cdma为不同的用户分配不同的序列码，从而实现了多用户同时使用同一频率接入网络。在cdma系统中，多用户采用相同频率接入网络，必然会出现用户之间相互干扰的现象。而伪随机序列良好的相关性解决了用户之间干扰的问题。在用户信息传输过程中，加载一段伪随机序列作为用户标识码，由于序列之间互相关为零，即每段序列没有任何联系，彼此很容易被区分开来。因此，伪随机序列良好的相关性提高了直扩系统的抗干扰能力。

2.3 提高抗多径干扰能力

多径干扰是一种在通信中，尤其是移动通信中常见的且影响很严重的干扰。数据信号在传播过程中，将遇到各种反射体，其被反射或散射后会形成各种延迟信号，接收端收到的直接路径信号与反射

路径产生的群延迟信号之间出现严重的自干扰。直扩系统利用伪随机序列良好的自相关性对抗多径干扰。在接收端可用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号，也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强，从而达到有效的抗多径干扰。

3 结语

在直扩系统中，高速的伪随机序列与用户信息相乘，展宽了用户信息的频谱，提高了系统的抗干扰能力。而伪随机很弱的互相关性且很强的自相关性，使得多用户在同频传信息时，既不会产生相互干扰，也不会被自己的延迟信号所干扰，进而提升了系统的容量与识别率。综上所述，伪随机序列的特性对扩频通信系统起着决定性的作用。

参考文献：

[1]向春清，胡修林.扩频通信的抗干扰能力及改进.舰船电子工程.2004.2.

[2]吴明捷，张威.直接序列扩频系统抗干扰性能分析.工矿自动化.2002.6.

[3]曾兴雯，刘乃安，孙献璞.扩展频谱通信及其多址技术.西安：西安电子科技大学出版社.2004：3-20，101-107.

[4]查光明，熊贤祚.扩频通信.西安：西安电子科技大学出版社.1990.12.

[5]邵定蓉，李署坚.扩频通信技术.无线电工程.2004.5.