第5章 扩频系统的同步

CDMA扩频通信中的同步实验系统第1 章引言1.1CDMA技术发展1.1.1CDMA技术发展现状近年来，蜂窝移动通信系统的发展经历了一个从模拟网到数字网，从频分多址(FDMA)到时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)的过程。

从1992年开始，在美国出现了一种全新的数字蜂窝移动通信系统——CDMA系统。

比较而言，该系统有几大突出优点：一是系统抗干扰能力强；二是系统容量增大等。

上述这些特点使得CDMA蜂窝移动通信系统将在个人通信网( Personal Communication Network——简称PCN)中发挥巨大的作用。

并且正如欧洲电信标准协会(ETSI)、日本无线工业事业联合会(ARIB)、美国电信业联合会(TIA)提交的建议所显示的那样，CDMA技术以其独有的特点和优势己被确认将作为第三代移动通信系统的核心技术，其前景非常广阔。

1.1.2CDMA系统主要特性[1]CDMA系统的主要特性可概括如下:（1）系统容量。

CDMA系统的设计容量远远高于现有的模拟/数字系统。

容量的增大源于采用了一种改进的编码增益/调制方式、话音激活性、三分扇区和同一频率在每个小区以及所有扇区的复用。

（2）业务质量。

CDMA通过在衰落环境下提供强大的运行和软切换功能，从而改善了业务质量。

CDMA利用多经衰落来提高通信和话音质量，通过试用RAKE接收机和其他改进的信号处理技术，每个移动台选择几个最强的多经信号并把它们相干叠加产生一个增强信号。

因此，射频信号的多径衰落在CDMA中反而成了优点，而在窄带系统中衰落则会引起信号质量的严重下降。

通过使用软切换，CDMA消除了用户在小区边界以及在两个小区之间快速的越区切换呼叫时发生的乒乓效应。

乒乓效应会导致切换噪声，增加交换设备的负载，提高发生掉话的概率。

CDMA软切换，即在与目标小区连接的同时保持与目前服务小区的连接，两者运行在同一载频。

这一过程保证了呼叫在小区间的平滑切换，而用户察觉不到这种变化。

课后习题参考答案第一章1-1、在高斯白噪声干扰的信道中，信号传输带宽为16KHz ，信噪比为4，求信道的容量C 。

在此信道容量不变的条件下，分别将信号带宽增加1倍和减小一半，分别求此两种情况系统的信噪比和信号功率的变化值。

解：22log (1)16000log (14)37.156/SC B bit s N=+=+= （1）信道容量不变，带宽增加1倍 信噪比：/221 1.23C B SN=-= 信号功率：/2002(21)39.36C B S BN N kw =-= （2）信道容量不变，带宽减小一半信噪比：2/2124.01C B SN=-= 信号功率：2/00(21)192.0892C BB S N N kw =-=1-4、某一高斯白色噪声干扰信道，信道带宽为8kHz ，试求在系统信噪比为25dB 条件下允许的最大信息传输速率。

解：s kbit NSB C /475.66)101(log 8000)1(log 5.222=+=+=1-5、某系统的扩频处理增益p G 为40dB ，系统内部损耗S L =2dB ，为保证系统正常工作，相关解码器的输出信噪比dB N S out 10)/(≥，则系统的干扰容限为多少？ 解：dB N S L G M out S p j 28]102[40])/([=+-=+-=1-6、某系统在干扰信号的有用信号功率250倍的环境下工作，解码器信号输出信噪比为12dB ，系统内部损耗为3dB ，则系统的扩频处理增益至少应为多少？ 解：()10lg 25031238.98j s SG M L dB N=++=++=1-8、某直接序列扩频系统的伪随机码速率为5Mbit/s ，信号速率为8kbit/s ，信号的扩频带宽和处理增益各为多少？解：扩频带宽：22*510c B R MHz ===处理增益：6310*1010lg 10lg 30.978*10i B G dB R ===1-9、试说明扩频通信系统与传统调制方式通信系统的主要差别。

目录第1章引言 (2)第2章直接序列扩频系统的组成 (3)第3章数字信号的频带传输 (4)3．1 数字相位调制 (4)3．2 2PSK信号的解调 (4)第4章直扩系统的性能分析 (6)4．1 扩频系统的抗干扰性能 (6)4．2 扩频系统的同步 (7)第5章程序仿真 (9)5．1 直接序列扩频通信系统仿真 (9)5．2 加入噪声后的直扩系统仿真 (13)第6章直扩系统干扰效果评估 (22)6．1 理论分析 (22)6．2 Matlab仿真 (24)结论 (26)参考文献 (26)扩频通信系统干扰及其仿真技术第 1 章引言扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。

扩频通信技术自50 年代中期美国军方便开始研究，一直为军事通信所独占，广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。

直到80年代初才被应用于民用通信领域。

为了满足日益增长的民用通信容量的需求和有效地利用频谱资源，各国都纷纷提出在数字峰窝移动通信、卫星移动通信和未来的个人通信中采用扩频技术，扩频技术现已广泛应用于蜂窝电话、无绳电话、微波通信、无线数据通信、遥测、监控、报警等系统中。

第 2 章直接序列扩频系统的组成直接序列扩频系统（DS，Direct Sequence）又称为直接序列调制系统或伪噪声系统（PN 系统），简称为直扩系统，是目前应用较为广泛的一种扩展频谱系统。

人们对直扩系统的研究最早，如美军的国防卫星通信系统（AN-VSC-28）、全球定位系统（GPS）、航天飞机通信用的跟踪和数据中继卫星系统（TDRSS）等都是直扩技术应用的实例。

直扩系统是将要发送的信息用伪随机（PN）序列扩展到一个很宽的频带上去，在接收端，用与发送端扩展用的相同的伪随机序列对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出原来的信息。

干扰信号由于与伪随机序列不相关，在接收端被扩展，使落入信号频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了系统的输出信噪（干）比，达到抗干扰的目的。

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。

摘要0欧阳光明（2021.03.07）第一章绪论11.1 扩频通信系统发展概述11.2混合扩频的介绍和现状11.3 扩频通信的特点2第二章扩频通信系统的理论基础32.1 扩频通信的主要性能指标42.2 扩频系统的分类和介绍42.2 .1直接序列扩频52.2.2 跳频82.2.3 FH／DS混合扩频系统102.3 扩频系统的性能比较112.3.1 直序列扩频系统的性能112.3.2跳频扩频系统的性能122.3.3混合跳扩频系统的性能122.4扩频系统的同步122.4.1同步不确定性的来源122.4.2 直扩同步的方法132.4.3 跳频同步的方法14第三章 DS/FH扩频系统的同步研究153.1 基于PMF-FFT的直扩同步163.1.1 PMF-FFT 的结构163.1.2 捕获性能分析173.2 基于部分监测的跳频同步183.2.1 跳频同步方法183.2.2 同步性能分析193.3 DS/FH 混合扩频同步方案243.4 本章小结25第四章结束语26摘要现有扩频体制系统一般采用直接序列扩频(DS)体制，但随着电子对抗技术的发展和对系统性能要求的提高，直接序列扩频(DS)体制日益不能满足人们的要求。

直接序列扩频系统具有扩频增益受限、远近效应严重、抗窄带干扰和对准式干扰能力差等缺点，在实战背景下很容易受到敌方的干扰。

为此，在现有体制的基础上，进一步提高抗干扰、抗截获和抗摧毁能力，采用性能更强的混合扩频(FH/DS)体制已经成为一种趋势。

直接序列扩频/跳频（DS/FH)混合扩频是一种抗干扰性能极强的扩频通信体制，在现代军事通信和电子对抗中有着非常重要的意义。

本文主要研究了DS/FH 混合扩频系统的同步技术和一种适合高速DS/FH 系统的快速同步方法。

论文首先介绍了扩展频谱技术理论基础,阐述了直接序列扩频系统、跳频扩频系统和FH/DS 混合扩频系统的原理和数学模型,并对三种系统的优缺点进行对比，论证了混合扩频系统相比单一的直扩系统或跳频系统在“三抗”效能方面的优势。