伪随机序列与扩频通信.ppt

　　　　8.1 伪随机序列的基本概念　　在通信技术中，随机噪声是造成通信质量下降的重要因素，因而它最早受到人们的关注。若信道中存在着随机噪声，对模拟信号来说，输出信号就会产生失真，对数字信号来说，解调输出就会出现误码。另外，如果信道的信噪比下降，那么信道的传输容量将受到限制。　　 　　　　8.1 伪随机序列的基本概念　　另一方面，人们试图消除和减小通信系统中的随机噪声，同时也希望获得随机噪声，并充分利用它，用于更为有效的通信。根据香农编码理论，只要信息速率小于信道容量，总可以找到某种编码方法，在码周期相当长的条件下，能够几乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中复制出原始信号。香农理论还指出，在某些情况下，为了实现更有效的通信，可采用有白噪声统计特性的信号来编码。白噪声是一种随机过程，其统计特性服从正态分布，功率谱在很宽的频带内都是均匀的，具有良好的相关特性。 　　能否找到一种序列，它既具有随机序列的某些特性，又能用确定性的方法来产生？这就是我们将要讨论的伪随机序列。众所周知，可预先确定并可重复实现的序列称为确定性序列。既非预先确定又不可重复实现的序列是随机序列，它是非周期序列，或者说随机序列的周期为无穷大。由于随机序列的特性和噪声性能类似，因此，随机序列又称为噪声序列。具有随机特性，貌似随机序列的确定性序列称为伪随机序列，或称之为伪随机码或伪噪声序列(PN码)。 　　伪随机序列兼有确定性序列和随机序列两者的特点。首先，伪随机序列本质上是一种确定性序列，与完全的随机序列相比，伪随机序列具有可操作性、可重复性和可实现性三大特点，因而便于电路实现。例如，根据抽象代数原理，可利用本原多项式在数字电路中产生m序列，而m序列是一种应用广泛的伪随机序列。再者，随机序列可实现同步，但目前人们还未找到一种随机序列能实现同步的有效方法。其次，伪随机序列具有类似于随机序列的某些性质，主要体现在均衡性、游程特性、移位相加特性、伪噪声特性、冲激式的相关统计特性以及宽带谱等几个方面。并且当随机序列的周期p越长时，其性质就越逼近于随机序列。正因为如此，伪随机序列在现代通信系统中获得了广泛的应用，例如，可利用伪随机序列冲激式的相关特性和宽带谱特性，对信号进行扩频与解扩，从而实现扩展频谱通信。 　　　　　8.2 m序列的产生8.2.1 线性反馈移位寄存器与m序列　　m序列是指基于抽象代数原理，利用本原多项式来产生的一种伪随机序列。要产生m序列，需要解决两个问题，首先是根据抽象代数原理，寻找和发现能产生m序列的本原多项式，这属于抽象代数的范畴。其次是电路实现问题，常用的方法是根据本原多项式，在线性反馈移位寄存器中产生m序列，因此，m序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种二进制序列。下面先介绍有关线性反馈移位寄存器的基本结构。 1． 线性反馈移位寄存器的基本结构 　　在移位脉冲作用下，移位寄存器各级的状态不断变化，其输出序列可表为　　　　　　　　　　　　　　　 (8-1) 　　2． 线性反馈移位寄存器的递推关系式　 由图8-1 得移位寄存器左端第一级的输入为 　　3． 线性反馈移位寄存器的特征多项式 　用多项式f(x)描述线性反馈移位寄存器的反馈连接状态的多项式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　(1) 本原多项式f(x)是一个不能再分解因式的多项式(既约多项式)； 　(2) 本原多项式f(x)可整除(xp+1)，p=2n－1；　　(3) 本原多项式f(x)除不尽xq+1，qp。　　【例8.1】 验证f(x)=1+x2+x3是本原多项式，f(x)=x4+x3+ x2+x+1不是本原多项式。　　解 (1) 由特征方程f(x)=1+x2+x3，得n=3，2n－1=7，用长除法，得 　　(2) 对于f(x)=x4+x3+x2+x+1，得n=4，2n－1=15，但用长除法计算的结果，它能除尽x5+1，不符合本原多项式的第三个条件，故f(x)=x4+x3+x2+x+1不是本原多项式。　　构造一个本原多项式是一个较复杂的问题，需要用到近似代数方面的很多知识，此处不再讨论。 8.2.2 m序列产生器　　构造一个m序列产生器，首先要确定移位寄存器的级数，也就是m序列产生器的移位寄存器的个数，其具体规律是： 本原多项式的最高次数n就是移位寄存器的级数(个数)，这对于m序列产生器的构造来说是十分重要的；其次，要确定移位寄存器的各个系数ci(i=1，2，…，n－1)，其中c0=1，cn=1，ci∈{0，1}(i=1，2，…，n－1)。　　有关m序列产生器周期的确定： 设本原多项式为f(x)=xn+cn－1xn