【2022】通信原理-第8章

移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室東南大學(xué)通信原理教學(xué)團(tuán)隊(duì)

國家級(jí)一流本科課程

通信原理

擴(kuò)頻調(diào)制第8章高等院校電子信息類重點(diǎn)課程名師精品系列教材

2知識(shí)要點(diǎn)擴(kuò)頻調(diào)制的概念和特點(diǎn)偽噪聲序列的定義與應(yīng)用ｍ序列、Ｍ序列及Gold

序列的產(chǎn)生和特點(diǎn)直接序列擴(kuò)頻的概念、系統(tǒng)分析模型、處理增益和干擾容限跳頻擴(kuò)頻的概念慢跳頻和快跳頻的特點(diǎn)第8章擴(kuò)頻調(diào)制

38.1引言48.1引言通信系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多樣需要有效利用信道帶寬和發(fā)射功率軍事通信中需要抗干擾和低截獲擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)最早為軍事通信提供了一種安全的通信方式，隨后在移動(dòng)通信和物聯(lián)網(wǎng)等民用領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用58.1引言擴(kuò)頻調(diào)制的特點(diǎn)擴(kuò)頻信號(hào)占有的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸該信息所需最小帶寬，并且擴(kuò)頻信號(hào)帶寬與原始信號(hào)帶寬無關(guān)發(fā)送端使用獨(dú)立于數(shù)據(jù)序列的擴(kuò)頻序列完成擴(kuò)頻，接收端使用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻序列完成解擴(kuò)，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)序列擴(kuò)頻調(diào)制的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)信道容量定理68.2擴(kuò)頻調(diào)制的基本概念7擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)簡化模型發(fā)射機(jī)信道編碼器PN碼發(fā)生器調(diào)制器接收機(jī)解調(diào)器PN碼發(fā)射器信道解碼器信道中的干擾阻塞噪聲干擾--由高平均功率的帶限高斯白噪聲組成局部噪聲干擾--由全部功率平均分配在整個(gè)擴(kuò)展頻譜的某些通帶中的噪聲組成突發(fā)噪聲干擾、單頻干擾或多頻干擾等8擴(kuò)頻調(diào)制的主要方式擴(kuò)頻調(diào)制包括直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、線性調(diào)頻擴(kuò)頻和跳時(shí)擴(kuò)頻等方式，本章重點(diǎn)介紹前兩種直接序列擴(kuò)頻用寬帶偽噪聲序列直接調(diào)制窄帶原始發(fā)射信號(hào)，因?yàn)閭卧肼曅蛄械膸掃h(yuǎn)遠(yuǎn)大于原始發(fā)射信號(hào)帶寬，從而起到擴(kuò)展發(fā)射信號(hào)頻譜的作用跳頻擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)的載波頻率在一組預(yù)先指定的頻率上，按照偽噪聲序列規(guī)定的順序離散跳變，以達(dá)到擴(kuò)展原始發(fā)射信號(hào)頻譜的目的9擴(kuò)頻調(diào)制系統(tǒng)的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)信號(hào)隱蔽防竊聽具備多址能力抗衰落能力強(qiáng)108.3偽噪聲序列118.3偽噪聲序列偽噪聲序列，又稱為偽隨機(jī)序列，是一種人為產(chǎn)生的、具有類似隨機(jī)噪聲的周期二進(jìn)制序列本節(jié)將介紹ｍ序列、Ｍ序列和Gold序列等偽噪聲序列128.3.1m序列ｍ序列又稱為最大長度序列，是一種常用的偽噪聲序列通常由反饋移位寄存器產(chǎn)生移位寄存器各級(jí)觸發(fā)器的狀態(tài)值按順序排列所組成的序列稱為該移位寄存器的狀態(tài)，被標(biāo)記為產(chǎn)生的序列由移位寄存器的長度ｍ、初始狀態(tài)和反饋邏輯共同決定13m序列的產(chǎn)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)下，am的狀態(tài)被輸出，同時(shí)移位寄存器的狀態(tài)得到更新，a1的狀態(tài)由反饋邏輯確定ｍ個(gè)觸發(fā)器的移位寄存器可能的狀態(tài)數(shù)至多為2m，因此，反饋移位寄存器產(chǎn)生的序列必然是周期性的，且周期不超過2m當(dāng)反饋邏輯完全由模2加法器組成時(shí)，該反饋移位寄存器是線性的，需避免全0狀態(tài)。此時(shí)線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的序列周期不可能超過2m-1當(dāng)周期恰為2m-1時(shí)，該序列被稱為最大長度序列，簡稱為ｍ序列14m序列的遞推方程和特征多項(xiàng)式遞推方程ci表示觸發(fā)器ai的反饋線的連接狀態(tài)特征多項(xiàng)式一個(gè)線性反饋移位寄存器能產(chǎn)生ｍ序列的充要條件是其特征多項(xiàng)式為本原多項(xiàng)式15本原多項(xiàng)式本原多項(xiàng)式ｇ(Ｘ)是一個(gè)定義在二進(jìn)制區(qū)域(例如遵循二進(jìn)制算法的一個(gè)有限二元組，０和１)上的多項(xiàng)式，它必須滿足如下兩點(diǎn)要求ｇ(Ｘ)是一個(gè)ｍ次的既約多項(xiàng)式，即它不能被該二進(jìn)制區(qū)域的任何多項(xiàng)式分解因式ｇ(Ｘ)可以整除Xn+1，且ｍ是滿足n=2m-1的最小整數(shù)例如g(X)=1+X+X316例8.1求ｍ＝３的最大長度序列發(fā)生器產(chǎn)生的序列及其特征多項(xiàng)式

如圖8.3所示，假設(shè)移位寄存器(a1,a2,a3)的初始狀態(tài)是１００1718【解】移位寄存器(a1,a2,a3)的初始狀態(tài)是100時(shí)，其狀態(tài)變化如下：

100,110,111,011,101,010,001,100,...

輸出序列為00111010…

輸出以周期23-1=7重復(fù)

特征多項(xiàng)式為

g(X)=1+X+X3注意，初始狀態(tài)不同，相應(yīng)產(chǎn)生的輸出序列只會(huì)有簡單的循環(huán)移位反饋邏輯的選擇本原多項(xiàng)式表示了ｍ序列的反饋邏輯，找到特定階數(shù)的本原多項(xiàng)式就可以得到相應(yīng)的ｍ序列發(fā)生器。得益于之前研究者的成果，常用的本原多項(xiàng)式已經(jīng)被找到，部分如下表19m序列的主要性質(zhì)平衡性在ｍ序列的一個(gè)周期里，１的數(shù)目總比０的數(shù)目多１游程特性游程是指在一個(gè)序列周期中，同樣符號(hào)(１或０)組成的子序列。子序列的長度稱為游程的長度在ｍ序列的每個(gè)周期里的連１游程和連０游程中，長度為１的占游程總數(shù)的一半，長度為２的占游程總數(shù)的四分之一，長度為３的占游程總數(shù)的八分之一，依此類推，直至游程總數(shù)取的分?jǐn)?shù)不再代表有意義的數(shù)長度為ｍ的線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的ｍ序列，共有(Ｎ＋１)/２個(gè)游程

(Ｎ＝２ｍ－１)20m序列的主要性質(zhì)(續(xù))相關(guān)性m序列的周期定義為Ｎ＝２ｍ－１對(duì)于兩個(gè)由０和１構(gòu)成的二進(jìn)制序列，其相關(guān)函數(shù)定義為

Ａ表示兩序列對(duì)應(yīng)元素相同的個(gè)數(shù)，即模２加后０的個(gè)數(shù)；Ｄ表示兩序列對(duì)應(yīng)元素不同的個(gè)數(shù)，即模２加后１的個(gè)數(shù)當(dāng)由０和１構(gòu)成的二進(jìn)制序列用波形來表示時(shí)，波形c(t)的周期為

Tb=NTc21m序列的主要性質(zhì)(續(xù))周期為Tb的周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)為這里的延遲τ

在一個(gè)周期間隔(-Tb/2,Tb/2)內(nèi)，把該公式用于c(t)代表的ｍ序列可得

22m序列的主要性質(zhì)(續(xù))根據(jù)自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度成傅里葉變換對(duì)的關(guān)系，對(duì)ｍ序列的自相關(guān)函數(shù)作傅里葉變換，可得其功率譜密度為由圖8.4可見，時(shí)域的周期性轉(zhuǎn)換為頻域抽樣點(diǎn)的均勻性。把ｍ序列的自相關(guān)結(jié)果和隨機(jī)二進(jìn)制序列的相比較，可以看到在一個(gè)周期內(nèi)，兩者的自相關(guān)函數(shù)是相似的，兩者的功率譜密度具有相同的包絡(luò)sinc2(fT)。不同之處是，隨機(jī)二進(jìn)制序列具有連續(xù)譜密度，而最大長度序列的功率譜密度則由相距1/(NTc)的狄拉克函數(shù)組成隨著移位寄存器長度ｍ，即最大長度序列周期Ｎ的增大，最大長度序列和隨機(jī)二進(jìn)制序列越來越接近。在Ｎ取無窮大的極限情況下，這兩種序列完全一樣

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248.3.2M序列當(dāng)反饋邏輯是非線性的時(shí)，允許存在全０狀態(tài)，這時(shí)產(chǎn)生的序列可以達(dá)到最大可能的周期，即2m。由非線性反饋移位寄存器產(chǎn)生的周期最長的序列稱為Ｍ序列遞推方程為對(duì)例8.1所示的ｍ序列發(fā)生器，通常在001狀態(tài)之后、100狀態(tài)之前插入000狀態(tài)，從而生成M序列25例8.2一個(gè)３級(jí)Ｍ序列發(fā)生器如圖8.5所示，求其輸出序列2627【解】該發(fā)生器生成Ｍ列的過程如表8.2所示：

產(chǎn)生一個(gè)周期的Ｍ序列是００１１１０１０M序列的主要性質(zhì)平衡性在Ｍ序列的一個(gè)周期里,０和１出現(xiàn)的個(gè)數(shù)相等游程特性在ｍ級(jí)Ｍ序列的一個(gè)周期里，游程共有2m-1個(gè),其中１游程和０游程各占一半。當(dāng)１≤ｋ≤ｍ－2時(shí)，長度為ｋ的游程數(shù)占總數(shù)的2-k，即數(shù)量等于2m-k-1。長度為ｍ－１的游程不存在，長度為ｍ的游程有２個(gè)

288.3.3Gold序列Gold序列是ｍ序列的組合序列利用兩個(gè)優(yōu)選的ｍ序列組合生成，具有良好的互相關(guān)特性ｍ序列具有良好的自相關(guān)特性，但其互相關(guān)特性較差適用于某些應(yīng)用場(chǎng)景，例如碼分多址系統(tǒng)29Gold序列的生成用g1(x)和g2(x)表示期望的一對(duì)本原ｍ次多項(xiàng)式，與之對(duì)應(yīng)的移位寄存器產(chǎn)生的ｍ序列周期為２ｍ－１，如果它們之間的互相關(guān)函數(shù)的幅度小于或等于

或則乘積多項(xiàng)式g1(x)g2(x)對(duì)應(yīng)的移位寄存器將產(chǎn)生2m+1個(gè)不同的序列，每個(gè)

序列的周期都是２ｍ－１，任意兩個(gè)序列之間的互相關(guān)函數(shù)都滿足上述條件30例8.3階數(shù)為７的ｍ序列生成周期為27-1=127的Gold序列，求其產(chǎn)生方式【解】因?yàn)椋頌槠鏀?shù)，根據(jù)式(8.12)，優(yōu)選條件為2(m+1)/2+1=17通過計(jì)算機(jī)仿真，發(fā)現(xiàn)反饋抽頭為[７,４]和[７,６,５,４]的ｍ序列可以滿足該要求。用這兩個(gè)ｍ序列組成的Gold序列發(fā)生器如圖3132Gold序列發(fā)生器它可以產(chǎn)生27+1=129個(gè)序列，其中任意兩個(gè)序列之間的互相關(guān)函數(shù)如下圖。滿足互相關(guān)值小于等于17的要求8.3.4偽噪聲序列的其他應(yīng)用通信加密將信源產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)字消息和一個(gè)長周期的偽噪聲序列模２相加，可以把原消息變成具有偽隨機(jī)特性的序列誤碼率測(cè)量測(cè)量結(jié)果通常與信源信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)。偽噪聲序列具有良好的偽隨機(jī)特性，可以作為良好的隨機(jī)信源使用時(shí)延測(cè)量ｍ序列良好的周期自相關(guān)特性可用于測(cè)量時(shí)延。發(fā)送端發(fā)送一周期性ｍ序列，接收端通過同步電路使本地ｍ序列和發(fā)送端同步。兩個(gè)序列的時(shí)延差即傳輸路徑的時(shí)延，其測(cè)量精度為ｍ序列的碼元寬度，最大可測(cè)時(shí)延值為ｍ序列的周期33加擾與解擾采用加擾的方法，把數(shù)字信號(hào)變成有類似白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的數(shù)字序列，再進(jìn)行傳輸。自同步加擾器把信息序列輸入一個(gè)偽噪聲序列發(fā)生器的輸入端，偽噪聲序列發(fā)生器的輸出碼元是輸入序列許多碼元的模２加的結(jié)果，這樣可以使輸出數(shù)字碼元之間的相關(guān)性最小。在接收機(jī)中使用相同的偽噪聲序列發(fā)生器就能完成解擾噪聲發(fā)生器ｍ序列的功率譜包絡(luò)具有白噪聲的特性，經(jīng)過濾波后可以作為噪聲發(fā)生器的輸出，且具有噪聲強(qiáng)度可控、可重復(fù)和性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)分離多徑多徑效應(yīng)在移動(dòng)通信中的表現(xiàn)在于一個(gè)發(fā)射信號(hào)可以經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收機(jī)，產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。利用偽噪聲序列的自相關(guān)特性，可以識(shí)別并分離出各條主要路徑，改善通信質(zhì)量34偽噪聲序列的其他應(yīng)用8.4直接序列擴(kuò)頻35采用BPSK的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)36直接序列擴(kuò)頻(Direct-Sequence,DS)直擴(kuò)從傅里葉變換理論可知，兩個(gè)信號(hào)相乘所得信號(hào)的頻譜等于這兩個(gè)信號(hào)頻譜的卷積。一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的時(shí)間寬度用Tb表示，擴(kuò)頻碼信號(hào)一個(gè)脈沖的時(shí)間寬度用Tc表示。由于Tb遠(yuǎn)大于Tc，因此乘法器輸出信號(hào)的帶寬近似為1/Tc，這樣就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的擴(kuò)頻。偽噪聲序列擔(dān)當(dāng)了擴(kuò)頻碼的角色。由于擴(kuò)頻是通過將數(shù)據(jù)波形和擴(kuò)頻序列直接相乘實(shí)現(xiàn)的，因此稱為直接序列擴(kuò)頻，簡稱直擴(kuò)碼片將信息承載信號(hào)b(t)和擴(kuò)頻碼信號(hào)c(t)相乘，相當(dāng)于用偽隨機(jī)序列將一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的波形切分為多個(gè)時(shí)間小塊，這樣的時(shí)間小塊稱為碼片37直擴(kuò)系統(tǒng)發(fā)射機(jī)波形38解擴(kuò)前后的信號(hào)頻譜接收端的本地偽隨機(jī)序列和發(fā)送端相同且同步8.4.1DS/BPSK系統(tǒng)分析模型擴(kuò)頻和BPSK都是線性操作序列干擾j(t)是影響系統(tǒng)性能的主要因素39DS/BPSK系統(tǒng)分析模型接收機(jī)的信道輸入信號(hào)解擴(kuò)信號(hào)偽噪聲序列同步是正確解擴(kuò)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)同步包括兩個(gè)階段:捕獲和跟蹤408.4.2直接序列擴(kuò)頻的處理增益以信號(hào)空間理論為基礎(chǔ)，分析接收機(jī)解調(diào)器處理前后的信噪比變化采用如下正交基本函數(shù)集來描述信號(hào)41處理增益根據(jù)調(diào)制原理BPSK調(diào)制信號(hào)表示為采用正交函數(shù)集后，發(fā)射機(jī)輸出的發(fā)射信號(hào)為N每比特包含的碼片數(shù)Tc碼片寬度Eb

每比特的傳輸信號(hào)能量ck擴(kuò)頻序列42可見，發(fā)射信號(hào)是N維的，需要N個(gè)正交函數(shù)表示處理增益(續(xù))假定干擾信號(hào)j(t)不知道發(fā)射信號(hào)的具體情況，選擇把能量均勻分布到x(t)可能的信號(hào)空間和相位上，其信號(hào)空間是2N維的其平均功率為相干檢測(cè)器的輸出43處理增益(續(xù))vs和vcj分別對(duì)應(yīng)BPSK信號(hào)和擴(kuò)頻干擾部分的檢測(cè)輸出幅值擴(kuò)頻干擾的檢測(cè)輸出部分由于包含偽隨機(jī)序列的影響，可以看作隨機(jī)變量Vcj的抽樣Ck是一個(gè)隨機(jī)變量，抽樣值為ck，因此Vcj具有零均值，其方差為44處理增益(續(xù))檢測(cè)器輸出端的信噪比為接收機(jī)輸入端的平均信號(hào)功率等于Eb/Tb，可得輸入信噪比為輸出信噪比和輸入信噪比的關(guān)系為處理增益，代表了擴(kuò)頻信號(hào)相對(duì)于非擴(kuò)頻信號(hào)在信噪比上獲得的增益，定義為458.4.3干擾容限每比特的傳輸信號(hào)能量干擾的功率譜密度由上兩式可得干擾容限，是在滿足指定的差錯(cuò)概率的要求下，J/P所能允許的最大值。用dB表示時(shí)，還可表示為46例8.4假設(shè)一個(gè)直擴(kuò)通信系統(tǒng)，采用BPSK調(diào)制，要求達(dá)到10-6或更低的差錯(cuò)率性能?？捎玫膸挃U(kuò)展因子W/R=2000，求干擾容限【解】帶寬擴(kuò)展因子中W為偽噪聲序列帶寬，R為信息速率?？梢妿挃U(kuò)展因子數(shù)值上就等于擴(kuò)頻的處理增益PG。BPSK調(diào)制達(dá)到差錯(cuò)概率10-6所需要的Eb/N0為10.5，可得換算成十進(jìn)制得到190.6，表明當(dāng)該系統(tǒng)接收機(jī)輸入端的干擾或噪聲是接收信號(hào)功率的190.6倍時(shí)，仍能達(dá)到系統(tǒng)所要求的差錯(cuò)概率478.5跳頻擴(kuò)頻488.5跳頻擴(kuò)頻在跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)中，把一個(gè)很寬的頻帶分成大量不重疊的頻率間隙，這些頻率間隙稱為子頻帶或頻道。發(fā)送單個(gè)信號(hào)時(shí)，發(fā)射機(jī)在偽噪聲序列的控制下選用其中一個(gè)或多個(gè)子頻帶傳輸信號(hào)，使載波在這些固定的頻道中不斷地發(fā)生跳變。從長時(shí)間段上看，占用的帶寬大大增加。這類載波受偽噪聲序列控制而跳變的擴(kuò)頻方式稱為跳頻(Frequency-Hopping，F(xiàn)H)擴(kuò)頻跳頻圖案，偽噪聲序列控制的子頻帶改變的規(guī)律采用MFSK調(diào)制的跳頻擴(kuò)頻簡稱為FH/MFSK49FH/MFSK系統(tǒng)50每L個(gè)信息比特選擇一個(gè)MFSK頻率，即M=2L偽噪聲序列的連續(xù)k位選擇頻率合成器的一個(gè)頻率，這樣共有2k個(gè)跳頻點(diǎn)可供選擇接收機(jī)頻率合成器產(chǎn)生的頻率和接收信號(hào)混頻，再通過帶通濾波器，得到MFSK信號(hào)，這個(gè)過程稱為跳頻解跳由于頻率合成器無法維持連續(xù)跳頻點(diǎn)之間的相位連續(xù)性，就很難保證本地解調(diào)載波與發(fā)送載波相位的相干性。因此絕大多數(shù)的跳頻擴(kuò)頻通信系統(tǒng)使用非相干解調(diào)MFSK信號(hào)跳頻擴(kuò)頻跳頻器，跳頻系統(tǒng)中PN碼發(fā)生器和頻率合成器統(tǒng)稱為跳頻器頻譜純度高、覆蓋范圍大、頻率切換速度快跳頻系統(tǒng)的頻率跳變規(guī)律隨機(jī)化，使用偽噪聲序列處理增益假設(shè)跳頻系統(tǒng)的帶寬為Wc，MFSK調(diào)制的符號(hào)傳輸速率為Rs，干擾平均功率均勻分布在整個(gè)跳頻頻帶內(nèi)51跳頻系統(tǒng)類型慢跳頻MFSK信號(hào)的符號(hào)傳輸速率Rs是跳頻速率Rh的整數(shù)倍，即在每個(gè)跳頻點(diǎn)上都發(fā)送多個(gè)符號(hào)快跳頻跳頻速率Rh是MFSK符號(hào)傳輸速率Rs的整數(shù)倍，即在發(fā)送一個(gè)符號(hào)期間，載波頻率將改變或跳轉(zhuǎn)多次528.5.1慢跳頻和快跳頻在MFSK信號(hào)的符號(hào)傳輸速率Rs確定的情況下，慢跳頻和快跳頻的差別在于跳頻速率的選擇具有最短持續(xù)時(shí)間的一個(gè)FH/MFSK頻率稱為碼片碼片速率Rc慢跳頻中，53慢跳頻和快跳頻如果干擾者在整個(gè)跳頻頻譜范圍內(nèi)分散平均功率J，則其影響相當(dāng)于一個(gè)功率譜密度為N0/2的加性高斯白噪聲，其中N0=J/Wc，Wc是擴(kuò)頻帶寬，則E為符號(hào)能量。由式(8.33)可得，處理增益PG等于2k54例8.5一個(gè)慢FH/MFSK系統(tǒng)，使用的偽噪聲序列周期是15。其他參數(shù)為:每個(gè)MFSK符號(hào)的比特?cái)?shù)L=2；MFSK頻率M=2L=4；每個(gè)跳頻點(diǎn)偽噪聲序列片段的長度k=3；全部跳頻點(diǎn)數(shù)為2k=8；慢跳頻的頻率圖案如圖8.13所示，說明其跳頻工作方式。55例8.556例8.5【解】這個(gè)例子中，每4bit數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)3bit偽噪聲序列片段。每2bit數(shù)據(jù)選擇一個(gè)MFSK符號(hào)，每3bit偽噪聲序列片段選擇一個(gè)跳頻頻點(diǎn)。因此在發(fā)送2個(gè)符號(hào)，即4bit數(shù)據(jù)后，載波頻率就跳變到新的跳頻點(diǎn)。值得注意的是，盡管有8個(gè)離散的可用跳頻點(diǎn)，只有3個(gè)被偽噪聲序列選用。這里每個(gè)跳頻點(diǎn)傳輸2個(gè)MFSK調(diào)制符號(hào)，Rs=2Rh，碼片速率Rc就等于Rs57例8.6一個(gè)快FH/MFSK系統(tǒng)，使用的偽噪聲序列周期是15。其MFSK調(diào)制參數(shù)和跳頻點(diǎn)的選擇和例8.5相同?？焯l的頻率圖案如圖8.14所示，說明其跳頻工作方式。58例8.6【解】這個(gè)例子中，每4bit數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)應(yīng)12bit偽噪聲序列片段。每2bit數(shù)據(jù)選擇一個(gè)MFSK符號(hào)，每3bit偽噪聲序列片段選擇一個(gè)跳頻頻點(diǎn)。因此在發(fā)送每個(gè)符號(hào)持續(xù)期間，或者說2bit數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，載波頻率跳變2次。每個(gè)MFSK調(diào)制符號(hào)時(shí)間內(nèi)載波頻率跳變2次，Rh=2Rs，碼片速率Rc就等于Rh59慢跳頻和快跳頻(續(xù))快跳頻系統(tǒng)跳頻速率高，抗干擾性和隱蔽性更好快跳頻的接收方案對(duì)于每個(gè)FH/MFSK符號(hào)，分別對(duì)接收到的K個(gè)跳頻碼片進(jìn)行判決，并使用簡單的擇多判決來對(duì)解跳MFSK信號(hào)做出估計(jì)對(duì)于每個(gè)FH/MFSK符號(hào)，計(jì)算出接收到的K個(gè)碼片的全部信號(hào)的似然函數(shù)，并選擇其中的最大值，也可以將似然函數(shù)合并后再做判決采用第二種方案的接收機(jī)是最優(yōu)的，在給定的Eb/N0下，平均誤碼率最小608.5.2窄帶物聯(lián)網(wǎng)接入信道的跳頻方案窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NarrowBandInternetofThings，NB-IoT)構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是萬物互聯(lián)的重要支撐。它只需要大約180kHz的帶寬，使用許可頻段，具有帶內(nèi)、保護(hù)帶及獨(dú)立載波等３種部署方式。與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存，可直接部署于ＧＳＭ、ＵＭＴＳ或ＬＴＥ網(wǎng)絡(luò)，具有廣覆蓋、大連接、低功耗和低成本的優(yōu)勢(shì)2016年第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)正式發(fā)布3GPPR3標(biāo)準(zhǔn)，建立了NB-IoT首套標(biāo)準(zhǔn)體系和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)NB-IoT系統(tǒng)使用具有跳頻結(jié)構(gòu)的單音信號(hào)序列來進(jìn)行物理層隨機(jī)接入，這個(gè)過程中使用的偽隨機(jī)序列是長度為31的Gold序列61隨機(jī)接入NB-IoT終端和基站通信時(shí)，使用窄帶物理隨機(jī)接入信道(NPRACH)發(fā)起隨機(jī)接入實(shí)現(xiàn)上行同步，分配上行鏈路授權(quán)資源為了降低功耗，網(wǎng)絡(luò)將隨機(jī)接入分為3個(gè)覆蓋等級(jí)，即level1、level2、level3，并為每個(gè)覆蓋等級(jí)配置不同的參數(shù)。終端根據(jù)當(dāng)前小區(qū)接收到的參考信號(hào)接收功率(RSRP)值來判定本終端的覆蓋等級(jí)使用具有跳頻結(jié)構(gòu)的單音信號(hào)序列來進(jìn)行物理層的隨機(jī)接入恒定包絡(luò)信號(hào)，增加復(fù)用容量62隨機(jī)接入(續(xù))接入過程終端在NPRACH信道上發(fā)射前導(dǎo)碼，基于頻率跳變的前導(dǎo)碼可以使基站更精確地捕捉到上行定時(shí)提前量(TA)，并將獲取的TA值通過Msg2，即隨機(jī)接入響應(yīng)(RAR)消息反饋給物聯(lián)網(wǎng)終端，進(jìn)而達(dá)到上行同步的目的?；净貜?fù)接入響應(yīng)后雙方就可以通過信令進(jìn)行交互，獲取上行鏈路資源，從而轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸前導(dǎo)碼按照一定的次數(shù)重復(fù)發(fā)送，以提高接入的概率。當(dāng)終端完成了64次隨機(jī)接入前導(dǎo)碼傳輸后，額外配置40ms時(shí)間的上行間隙來補(bǔ)償頻率偏移，余下的前導(dǎo)碼傳輸次數(shù)依次順延后發(fā)送63跳頻圖案前導(dǎo)碼統(tǒng)一采用單音方式發(fā)送每次前導(dǎo)碼重復(fù)的最小單位是4個(gè)符號(hào)組，每個(gè)符號(hào)組由5個(gè)相同的符號(hào)與一個(gè)循環(huán)前綴