扩频通信第三章-伪随机编码理论ppt课件.ppt
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1、第三章 伪随机编码理论3.1 有限域理论简介3.2 伪随机编码的基本概念3.3 伪随机编码的分类及构造原理3.4 m序列3.5 Gold序列3.6 M序列3.7 截短序列3.8 其他扩频序列采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.1 有限域理论简介n自学(掌握的基本概念)自封的或封闭;有限域; 。 采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物1、基本概念、基本概念确定序列:确定序列:可以预先确定且能重复实现的
2、序列。随机序列:随机序列:既不能预先确定也不能重复实现的序列,性能与噪声性能类似(噪声序列)。伪随机序列:伪随机序列:貌似随机序列的确定序列(伪随机码、伪噪声序列、码)作用:作用:误码率的测量、通信加密、数据序列的扰码和解码、扩频通信等。3.1 有限域理论简介采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.2 伪随机编码的基本概念n1、伪随机码定义以及特点:q定义:伪随机码又叫伪噪声码,简称PN码。简单地说,伪随机码是一种具有类似白噪声性质的码。q特点:1)白噪声是一种随机过程;2)瞬时值服从正态分布,功
3、率谱在很宽的频带内均匀的;3)白噪声具有优良的相关特性,但是至今无法实现。q工程上:只能用类似于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。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.2 伪随机编码的基本概念n2、伪随机码的实现:q伪随机码都是周期码,可以人为的加以产生与复制。通常用二进制移位寄存器产生。n3、工程上伪随机码的特点:q采用二元域0,1内的0和1的序列来表示伪随机码。q每一个周期内,0和1出现的次数近似相等,最后只差一次。q在每一个周期内,长度为k比特的元素游程出现次
4、数比k+1比特的元素游程出现的次数多一倍。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.2 伪随机编码的基本概念(补充:游程:连续出现r个比特的同种元素叫做长度为r比特的元素游程)n序列的自相关函数是一周期函数,且具有双值特性,满足:式中:N为二元序列的周期,又称码长或长度;k为小于N的整数;码元延时。)(mod001)(NNkR采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.2 伪随机编码的基本概念n作为扩频码的
5、伪随机信号,应具有下列特点:(1) 伪随机信号必须具有尖锐的自相关函数,而互相关函数值应接近零值;(2) 有足够长的码周期,以确保抗侦破和抗干扰的要求;(3) 码的数量足够多,用来作为独立的地址,以实现码分多址的要求;(4) 工程上易于产生、加工、复制和控制。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.3 伪随机编码的分类及构造原理n3.3.1 几个基本定义讨论前提:仅限等长二进制码,即码字长度(周期)相等,且码元都是二元域的-1,+1元素。设 和 是周期为N的两个码序列,即 , ,码字 和 的互相关
6、函数 定义为 若 ,则两码字正交。长度为N的码序列 的自相关函数 定义为 ia ibkkNaakkNbb ia ib)(abRNiiiabbaNR11)(0)(abR ia)(aRNiiiaaaNR11)(采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n3.3.1 几个基本定义计算自相关和互相关的另一种方法: A是码字 和 或者 对应码元相同的数目(同为1或同为0的数目),D是对应码元不相同的数目。 NDADADARab)(NDADADARa)( iaibia采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配
7、件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n伪随机码的具体定义:(1)若码序列 的自相关函数具有 的形式,码序列 称为伪随机码,又称为狭义伪随 机码。(2) 若码序列 的自相关函数具有的形式,码序列 称为广义伪随机码。 狭义伪随机码是广义伪随机码的特例。 ia)mod(01)mod(011)(1NNNaaNRNiiia ia ia)(mod01)(mod011)(1NNaaNRNiiia ia采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n3.3.2 双值自相关序
8、列1、定义:如果一个码长为N的周期序列 ,自相关函数满足把具有双值自相关函数特性的序列 叫作双值自相关序列。根据前面伪随机码的定义,双值自相关序列属于广义伪随机码序列。若 ,则 为狭义伪随机码序列。 ia)(mod01)(mod01)(NNRa iaN1 ia采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物2、双值自相关码的产生: 有差集产生,即可以用构造差集的方法来构造 双值自相关码序列。3、 差集的构建原理:一个差集通常可用3个参数来表征:n,k和。 设有一个模v的整数集V , 存在一个含有k个元素的子集
9、D,即 且di-dj(modv) 恰好遍取1,2,v-1各次,我们把这样的整数集V的子集D,称为差集。 1, 2, 1, 0VkdddD,21ji 采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n例题(验证差集)设n=7,k=3,=1,则在整数集 中存在一个含有3个元素的子集这个子集就具有差集的性质,因为 可见D内各差恰好遍取1,2,3,4,5,6各1次 ,因而是一个差集。 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0V4, 2, 1D)7(mod612121dd)7(mod434131dd)7(mod52423
10、2dd)7(mod111212dd)7(mod331413dd)7(mod222423dd采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n通常我们用n,k和这3个参数来表示一个差集,记为 。n我们可以通过差集与双值自相关码的关系来构造双值自相关码。方法:n对于给定的差集 ,可以写出n 令为一长度等于v的码,且则 就是一个双值自相关的广义伪随机码,可以证明其自相关函数为),(k),(k1, 2, 1, 0VkdddD,21110,aaaADiDiai111, 1, 0;iaAi)(mod0)(4)(mod01
11、)(kRa采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物例题: 参照课本的64页。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n3.3.3 狭义伪噪声序列n由n,k,所确定的差集D构成的伪随机码序列,可能是广义的伪随机码序列,也可能是狭义的伪随机码序列,要由具体的n,k,数值来确定,当 成立时,所得到的是狭义伪随机码序列; 否则是广义伪随机码序列。n介绍几种狭义伪随机码序列: 平方剩余码序列;双素数序列;霍尔序列;巴克
12、 码。 我们仅仅需要掌握平方剩余码序列)(41k采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n平方剩余码序列对于某个整数i是模N的平方剩余,是指存在某个与N互为素数的整数i,使 有解。当 为一素数(t为整数)时,模N的平方剩余构成一个差集。例题: , ,模11的平方剩余 即 是n=11,k=5,=2的差集,于 是可写出对应的伪随机序列为 它的自相关函数为 )(mod2Nai 14 tN3t1114 tN)(mod2Nai 1, 4, 9, 5, 3, 3, 5, 9, 4, 1, 0:,10, 9, 8,
13、 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0:ia9, 5, 4, 3, 11, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)11(mod0111)11(mod01)(R这样得到的伪随机序列,称为平方剩余序列或平方余数序列。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物n若 为素数,则存在一个周期为N的伪随机码序列a0,a1,aN-1,其中,n当N为奇数时,上面定义的 正是所谓的勒让德符号 于是 因此,平方剩余序列又称为勒让德序列,简称L序列。14 tN为其它值的平方剩余为模iNiai11
14、iaNi为其它值的平方剩余为模iNiNi11Niai采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物一、线性反馈移位寄存器一、线性反馈移位寄存器 在讲解m序列之前,首先讲讲回顾一下移位寄存器的基本原理。图 线性反馈移位寄存器 3.4 m序列序列1、可由移位寄存器和反馈逻辑移位寄存器和反馈逻辑产生。an1an2c01输出akanan采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物正状态(状态):各级移位寄存器的寄存数从右至左的
15、顺序排列(逆着移位脉冲的方向)。 由于带有反馈,因此在移位脉冲作用下,移位寄存器各级的状态将不断变化通常移位寄存器的最后一级做输出,输出序列为 110nkaaaa输出序列是一个周期序列采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物. 举例举例假设初始状态为(an- an- an-2 an-1) (1000),其反馈逻辑为:an1an2c01输出akanan134nnnaaa采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物时
16、钟节拍an-1an-2an-3an-400001110002010030010410015110060110710118010191010101101111110121111130111140011150001输出输出采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物4. 结论结论线性移位寄存器的输出序列是一个周期系列线性移位寄存器的输出序列是一个周期系列初始状态是时,输出序列也是零;初始状态是时,输出序列也是零;级数相同的线性移位寄存器的级数相同的线性移位寄存器的输出输出序列与寄存器的序列与寄存器的反馈反馈逻
17、辑逻辑有关;有关;输出序列与初始状态有关输出序列与初始状态有关;序列周期序列周期p2n-1(n为移位寄存器的级数)为移位寄存器的级数);采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物3.4.1 m序列的定义序列的定义1、m序列:由序列:由n级线性移位寄存器产生的最大周期的序列级线性移位寄存器产生的最大周期的序列(最大长度序列)(最大长度序列) ,其周期为:,其周期为:2n-1 (经历除全零外的所(经历除全零外的所有可能状态的)有可能状态的)反馈移位寄存器输出序列反馈移位寄存器输出序列周期越长周期越长,越接近
18、随机序列越接近随机序列。 2、 m序列产生的条件序列产生的条件找到相应的反馈逻辑找到相应的反馈逻辑若改变起始状态,只能改变若改变起始状态,只能改变m序列的起始相位,而周期序序列的起始相位,而周期序列排序规律不变。列排序规律不变。采用PP管及配件:根据给水设计图配置好PP管及配件,用管件在管材垂直角切断管材,边剪边旋转,以保证切口面的圆度,保持熔接部位干净无污物an11an22a1n1a0c1c2cn1cn1c01n输出ak3、 m序列产生器序列产生器 下图给出了产生下图给出了产生m序列的线性反馈移位寄存器的一般结构图:序列的线性反馈移位寄存器的一般结构图:1)、起始状态为:)、起始状态为:2)
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