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[導(dǎo)讀]   擴頻通信是一種有效常用抗干擾通信方式,是軍事通信的主要手段,分為直接序列擴頻、跳頻、線性調(diào)頻和跳時等基本技術(shù)及由基本技術(shù)組合構(gòu)成的混合技術(shù),所有技術(shù)中偽碼的設(shè)計關(guān)系到系統(tǒng)抗干擾性能。現(xiàn)有擴頻

  擴頻通信是一種有效常用抗干擾通信方式,是軍事通信的主要手段,分為直接序列擴頻、跳頻、線性調(diào)頻和跳時等基本技術(shù)及由基本技術(shù)組合構(gòu)成的混合技術(shù),所有技術(shù)中偽碼的設(shè)計關(guān)系到系統(tǒng)抗干擾性能。現(xiàn)有擴頻通信系統(tǒng)常用的偽隨機序列有m序列、Gold序列、Walsh序列、M序列及衛(wèi)星通信中常用的C/A碼(粗/截獲碼)和精碼(P碼)等。在這些序列中,P碼的性能優(yōu)秀,碼周期最長,在10.23 MHz的時鐘速率下,碼時間周期大約為266天。本文在研究P碼原理的基礎(chǔ)上,提出了一種周期更長,保密性能好,可用于戰(zhàn)時衛(wèi)星測控通信的偽隨機序列產(chǎn)生方法。

  1 PN碼設(shè)計原理

  1.1 設(shè)計原則

  在擴頻抗干擾通信系統(tǒng)中,碼的設(shè)計主要考慮碼的相關(guān)特性、碼的保密性(碼的復(fù)雜度)、碼容量等方面性能。具體要求如下:

  (1)強自相關(guān)特性

  系統(tǒng)中碼同步往往利用碼的相關(guān)特性來實現(xiàn),這就要求碼的自相關(guān)性能具有尖銳的自相關(guān)分布特點。

  設(shè)有兩個長度為N的序列{ai}和{bi},i=O,1,…,N-1,則序列的自相關(guān)函數(shù)定義為:

 


  實際應(yīng)用中,要求擴頻通信中偽隨機序列的自相關(guān)函數(shù)是二值的,即自相關(guān)函數(shù)Ra(j)為:

 


  式中:N為序列自相關(guān)峰值,它等于序列的周期,即N=2n-1;σ為序列自相關(guān)的旁瓣值,它滿足σ<<N。

  (2)弱互相關(guān)特性

  在無線通信系統(tǒng)中,為了減少多徑干擾,實現(xiàn)多址通信,在自相關(guān)性能的基礎(chǔ)上,還要求不同碼之間的互相關(guān)性值低,因此在多用戶系統(tǒng)中經(jīng)常使用互相正交的PN序列。

  對于序列{ai)和{bi},i=O,1,…,N-1,正交定義為:

 


  (3)碼容量大

  由上述分析可以知道,在多用戶系統(tǒng)中,正交碼的多少決定了系統(tǒng)容量,因此希望在設(shè)計擴頻碼時要選擇容量大的碼序列。

  (4)保密性好

  擴頻通信系統(tǒng)常用于軍事通信,因此在設(shè)計碼時,常采用如下手段:要減少碼直流功率,使碼中“O”,“1”數(shù)平衡相等;增加碼的周期;采用非線性移位寄存器實現(xiàn)碼序列。

  1.2 碼序列設(shè)計基礎(chǔ)

  偽隨機序列的產(chǎn)生可以通過線性或者非線性移位寄存器來實現(xiàn)。由于m序列具有良好的偽隨機性,所以GOLD,C/A,P等PN序列設(shè)計中都使用了小m序列,因此m序列是擴頻通信的基本序列。

  m序列是由n級線性移位寄存器產(chǎn)生的周期為N=2n-1的碼序列,是最長線性移位寄存器序列的簡稱,具有優(yōu)良的自相關(guān)特性,其產(chǎn)生原理如圖1所示。

 


  特征多項式為:

 


  式中:ci稱為反饋系數(shù),取值為0或1;1表示參加反饋;O表示不參加反饋。移位寄存器能否產(chǎn)生m序列,由反饋系數(shù)的值決定;碼周期由移位寄存器的個數(shù)決定;序列的線性復(fù)雜度直接決定了擴頻系統(tǒng)的保密性能,分析m序列的線性產(chǎn)生的原理,只要能夠截獲序列的連續(xù)2n-1個碼元就能給出系數(shù)ci的值,這樣該m序列就被徹底破譯。實際系統(tǒng)中經(jīng)常將移位寄存器的幾級輸出序列或幾個不同m序列的輸出以非線性方式組合起來,產(chǎn)生一個使干擾者難以破解的非線性序列。本文利用該方法,參考P碼的構(gòu)造原理提出了一種周期很長,復(fù)雜度高的擴頻序列碼產(chǎn)生方法。

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