GNSS与无线通信中的扩频系统PDF格式文档图书下载

第1章 扩频系统概述 1

1.0 引言 1

1.1 扩频通信简史 2

1.2 数字扩频通信系统模型 2

1.3 窄带信号 3

1.3.1 窄带信号的复包络处理 3

1.3.2 窄带信号通过窄带系统 4

1.3.3 直接序列扩频信号和跳频信号的复包络描述 5

1.4 直接序列扩频系统 6

1.4.1 二进制相移键控（BPSK）调制直接序列扩频 6

1.4.2 四相直接序列扩频系统 18

1.4.3 最小相移键控 22

1.5 跳频扩频系统 24

1.5.1 带MFSK数据调制的非相干慢速跳频系统 26

1.5.2 带MFSK数据调制的非相干快速跳频系统 27

1.5.3 带DPSK数据调制的非相干慢速跳频信号 29

1.5.4 带BPSK数据调制的非相干慢速跳频信号 30

1.6 混合扩频系统 31

1.6.1 BPSK数据调制的直接序列加慢跳速混合扩频 31

1.6.2 BPSK数据调制的OQPSK直接序列加慢跳频混合扩频 32

1.7 跳时扩频信号 33

1.8 OFDM介绍 34

1.8.1 FFT实现OFDM通信系统 35

1.8.2 减小OFDM码间串扰技术 36

1.8.3 OFDM功率谱密度 37

1.9 超宽带通信简介 37

1.9.1 超宽带通信历史简介 37

1.9.2 超宽带信号描述 38

1.9.3 多种UWB应用约束的调整及频率分配 42

1.9.4 发射天线对发射信号的影响 43

1.9.5 和多载波超宽带相比脉冲超宽带的优缺点 43

1.9.6 超宽带系统的优点 44

1.9.7 超宽带应用 44

1.10 近远问题 44

1.11 低截获概率 44

1.12 小结 45

参考文献 45

习题 46

第2章 扩频系统中的二进制移位寄存码 48

2.0 引言 48

2.1 有限域算法 48

2.1.1 多项式算法 49

2.2 移位寄存序列 51

2.2.1 斐波那契和伽罗瓦线性SRG的等效关系 54

2.3 SRGS的数学描述 55

2.3.1 移位寄存器的矩阵 55

2.3.2 特征方程和特征多项式 56

2.4 生成函数 58

2.5 序列的相关函数 60

2.5.1 序列的周期相关函数 62

2.5.2 序列的非周期相关函数 63

2.6 扩频码多址的应用 64

2.6.1 二进制最长序列 64

2.6.2 Gold码 72

2.6.3 类Gold序列和双重BCH序列 78

2.6.4 Kasami序列 79

2.6.5 Bent序列 81

2.6.6 与CDMA码的性能比较 82

2.7 非周期相关性良好的序列 82

2.7.1 Barker和Williard序列 83

2.7.2 Neuman-Hofman（N-H）序列 83

2.7.3 m序列的部分周期相关性 83

2.7.4 跳频多址码发生器 85

2.8 小结 88

参考文献 88

习题 90

第3章 未编码扩频系统的抗干扰性能 94

3.0 引言 94

3.1 干扰机种类 95

3.2 宽带噪声干扰下的误比特率性能 97

3.2.1 宽带噪声干扰下DS/PSK的误比特率性能 97

3.2.2 宽带噪声干扰下SFH/DPSK的误比特率性能 101

3.2.3 宽带噪声干扰下SFH/PSK的误比特率性能 103

3.2.4 宽带噪声干扰下SFH/MFSK的误比特率性能 104

3.2.5 宽带噪声干扰下FFH/BFSK的误比特率性能 107

3.2.6 宽带噪声干扰下混合DS-SFH/SS的误比特率性能 108

3.3 部分带宽噪声干扰下的BER性能 110

3.3.1 部分带宽噪声干扰下DS/PSK的误比特率性能 110

3.3.2 部分带宽噪声干扰下SFH/DPSK的误比特率性能 113

3.3.3 部分带宽噪声干扰下SFH/PSK的误比特率性能 115

3.3.4 部分带宽噪声干扰下SFH/MFSK的误比特率性能 116

3.3.5 部分带宽噪声干扰下FFH/MFSK的误比特率性能 118

3.3.6 部分带宽噪声干扰下DS-SFH/MFSK组合扩频的误比特率性能 120

3.3.7 部分带宽噪声干扰下DS-SFH/DPSK组合扩频的误比特率性能 122

3.4 脉冲干扰下的误比特率性能 122

3.4.1 脉干扰下DS/PSK的误比特率性能 122

3.4.2 脉冲干扰下SFH/MFSK的误比特率性能 124

3.4.3 脉冲干扰下SFH/DPSK的误比特率性能 124

3.4.4 脉冲干扰下DS-SHF/DPSK组合扩频的误比特率性能 125

3.4.5 脉冲干扰下DS-SFH/DPSK组合扩频的误比特率性能 125

3.5 单音干扰的误比特率性能 125

3.5.1 单音干扰下DS（BPSK）/BPSK的误比特率性能 125

3.5.2 单音干扰下DS（QPSK）/BPSK的误比特率性能 128

3.5.3 单音干扰下DS（MSK）/BPSK的误比特率性能 130

3.6 多音干扰的误比特率性能 135

3.6.1 多音干扰下SFH/MFSK的误比特率性能 135

3.6.2 多音干扰下SFH/DPSK的误比特率性能 137

3.7 互扰或干扰引起的DS系统衰减 139

3.7.1 DS（BPSK）/BPSK系统的等效噪声谱密度 139

3.7.2 DS（BPSK）/BPSK的载波与等效噪声谱密度之比 141

3.7.3 DS（BPSK）/BPSK系统的等效噪声谱密度衰减 143

3.7.4 DS（BPSK）/BPSK信号窄带干扰的NRZ信号衰减 144

3.8 小结 145

参考文献 145

习题 146

第4章 编码扩频系统的抗干扰性能 149

4.0 引言 149

4.1 编码系统的交织架构 150

4.1.1 块周期交织 150

4.1.2 卷积交织 151

4.2 线性块编码 152

4.2.1 线性块编码概念 152

4.2.2 无干扰边信息状态下的最适宜解码 162

4.2.3 干扰辅助信息情况下的最优解码规则 165

4.2.4 计算块编码的误字率和误比特率 166

4.3 卷积码 174

4.3.1 卷积码编码器特性 174

4.3.2 卷积编码的传递函数及自由距离 178

4.3.3 卷积编码的解码 179

4.3.4 Viterbi算法 181

4.3.5 卷积编码Viterbi解码的错误概率 186

4.3.6 卷积编码的序列解码 189

4.3.7 卷积编码的阈值解码 190

4.3.8 非二进制卷积码 190

4.4 迭代解码编码 190

4.4.1 Turbo码 191

4.4.2 串行连接卷积编码 195

4.4.3 串行连接块编码 197

4.4.4 并行连接块编码 197

4.4.5 低密度奇偶校验码 197

4.5 一些纠错码元的选择结果 199

4.5.1 Bose、Chauhuri和Hocqenghem码 199

4.5.2 Reed-Solomon码 200

4.5.3 最大自由距离的卷积编码 202

4.5.4 硬判决和软判决FFH/MFSK的重复编码误比特率性能 204

4.6 香农容量定理、信道编码定理及带宽利用率 209

4.6.1 香农容量定理 209

4.6.2 信道编码定理 209

4.6.3 带宽利用率 210

4.7 差错控制码的应用 210

4.8 小结 211

参考文献 212

选读书目 214

习题 214

第5章 载波跟踪环和频率合成器 216

5.0 引言 216

5.1 残余载波信号的跟踪 216

5.2 用于跟踪残余载波分量的锁相环 216

5.2.1 相位估计的似然函数 216

5.2.2 载波相位的最大似然估计 217

5.2.3 长环和短环 218

5.2.4 随机差分运算方程 219

5.2.5 带噪声锁相环的线性模型 221

5.2.6 环滤波器类型 222

5.2.7 二阶环的瞬时响应 224

5.2.8 相位误差很小时的稳态跟踪误差 225

5.2.9 热噪声引起的线性化锁相环相位误差方差 227

5.2.10 有源滤波器二阶锁相环的频率响应 228

5.2.11 锁相环中总体相位误差的相位噪声影响 229

5.2.12 非线性锁相环结果 231

5.3 频率合成器 233

5.3.1 数字频率合成器 233

5.3.2 直接频率合成 235

5.3.3 间接频率合成 236

5.3.4 间接频率合成传递函数 237

5.4 BPSK信号的跟踪 238

5.4.1 使用平方环跟踪BPSK信号 238

5.4.2 使用积分存储科斯塔斯环跟踪BPSK信号 241

5.4.3 利用无源滤波器分支的科斯塔斯环跟踪BPSK信号 244

5.4.4 科斯塔斯环与平方环的稳态跟踪误差 244

5.4.5 带有同相分支硬限幅处理的科斯塔斯环 245

5.4.6 改善的无源滤波器科斯塔斯环频率捕获 245

5.4.7 科斯塔斯环和平方环的锁定检波器 246

5.4.8 科斯塔斯环中的误锁现象 248

5.4.9 定向判定反馈环 254

5.5 多相跟踪环 256

5.5.1 N次幂环 256

5.5.2 N相科斯塔斯环 257

5.5.3 解调-再调制的四相跟踪环 257

5.5.4 改进的四相科斯塔斯环—SQPSK调制 257

5.6 频率锁定环 264

5.6.1 交叉乘积的频率锁定环 265

5.7 小结 266

参考文献 266

习题 268

第6章 直接序列接收机中的码捕获 272

6.0 引言 272

6.1 捕获问题 276

6.2 主动搜索捕获（滑动相关器） 277

6.2.1 主动搜索系统的平均捕获时间模型 277

6.2.2 主动搜索系统分析 278

6.2.3 考虑多普勒效应的单驻留平均捕获时间公式 282

6.2.4 双驻留时间搜索的平均捕获时间 282

6.2.5 用于BPSK、QPSK、OQPSK和MSK的主动捕获系统 284

6.3 主动相关相对于时间的捕获概率 288

6.4 主动码捕获的并行方法 290

6.4.1 利用并行处理的主动搜索平均捕获时间 291

6.5 基于FFT的主动码搜索 293

6.5.1 基于FFT的BPSK码捕获信号模型 293

6.5.2 FFT的相关器输出模型 297

6.5.3 任意高斯噪声过程FFT增强捕获系统输出变量方差的计算 298

6.5.4 任意噪声BPSK编码调制的PD和PFA估计 299

6.5.5 BPSK检测概率的高斯近似 301

6.5.6 FFT补零的频点损耗 302

6.5.7 使用FFT的频率搜索范围和总频率损耗 302

6.5.8 FFT的频率窗口是不相关的 303

6.5.9 频谱匹配干扰下BPSK码调制信噪比r 303

6.5.10 窄带干扰下的BPSK调制信噪比r 304

6.5.11 均衡QPSK和OQPSK捕获性能 306

6.5.12 均衡QPSK和均衡BPSK的PD高斯估计 310

6.6 主动捕获的最优扫描搜索技术 311

6.7 序贯检测 314

6.7.1 序贯概率比测试 314

6.7.2 带BPSK数据调制的DS码元捕获序贯检测 315

6.7.3 序贯检测的实现 316

6.7.4 序贯检测的捕获时间 319

6.7.5 Tong检测器 320

6.8 码元捕获中的传输模型 323

6.9 使用无源匹配滤波器进行码元捕获 324

6.9.1 匹配滤波器 324

6.9.2 最优到达时间估计器 326

6.9.3 被动数字滤波器介绍 327

6.9.4 DPMF捕获模型 327

6.9.5 数字匹配滤波器捕获时间模型 329

6.9.6 DPMF信号模型 330

6.9.7 干扰的高斯随机过程噪声方差等式模型 332

6.9.8 MSJ的方差估计 332

6.9.9 相干信号的电平损失 333

6.9.10 带FFT的数字匹配滤波器（DMF）相干片段组合 333

6.9.11 NRZ码元的检测和虚警概率密度 335

6.9.12 捕获概率 337

6.9.13 平均捕获时间计算 339

6.10 FH/MFSK信号捕获的串行主动搜索 342

6.10.1 FFH/MFSK信号捕获的串行主动搜索 342

6.10.2 FFH/MFSK串行主动搜索的检测概率和虚警概率 345

6.10.3 SFH/MFSK串行主动搜索的检测和虚警概率 347

6.10.4 FFH/MFSK以及SFH/MFSK捕获时间的计算 350

6.11 小结 351

参考文献 351

选读书目 353

习题 354

附录6A 信号流图和离散时不变马尔可夫过程 356

第7章 直接序列码跟踪环 368

7.0 引言 368

7.1 超前-滞后门的码跟踪环基础 369

7.1.1 最大似然估计方程 369

7.1.2 PN码时序的最大似然估计 369

7.2 全时码跟踪环 371

7.2.1 带NRZ码元的基带超前-滞后门码跟踪环 372

7.2.2 非相干超前-滞后门I-Q码跟踪环 376

7.2.3 非相干超前-滞后门RF实现的码跟踪环 383

7.2.4 有被动分支滤波器的非相干I-Q点乘码跟踪环 384

7.2.5 有主动分支滤波器的非相干I-Q点乘码跟踪环 390

7.3 有滤波和干扰的超前-滞后门非相干I-Q码跟踪 391

7.3.1 有信道滤波的非相干I-Q超前-滞后门码跟踪环的信号模型 391

7.3.2 有信道滤波的非相干I-Q超前-滞后门码环中的信号和噪声项 393

7.3.3 有信道滤波的非相干I-Q超前-滞后门码环中的信号项 394

7.3.4 有信道滤波的非相干I-Q超前-滞后门码环的闭环处理 399

7.3.5 有f=0处为N（t）的信道滤波器的非相干I-Q超前-滞后门码跟踪环 401

7.3.6 有信道滤波的非相干超前-滞后门I-Q码环跟踪误差的方差 404

7.3.7 有热噪声但无信道滤波的非相干超前-滞后门I-Q码跟踪误差方差 405

7.3.8 有信道滤波、以NRZ码元高斯白噪声计的非相干超前-滞后门I-Q码跟踪误差方差 406

7.3.9 窄带高斯干扰加NRZ码元高斯白噪声，且无信道滤波的非相干超前-滞后门I-Q码跟踪性能 407

7.4 时分非相干码跟踪环 410

7.5 非相关RF实现的时序门控超前-滞后门带通码跟踪环的性能 417

7.6 无噪声码跟踪环的稳态误差 421

7.6.1 一阶非相干I-Q超前-滞后门码跟踪环 422

7.6.2 二阶理想非相干I-Q超前-滞后门码跟踪环 423

7.7 无噪声超前-滞后门非相干I-Q码跟踪环的约束 424

7.8 多径效应 426

7.8.1 非相干码跟踪环滤波后的多径效应 427

7.8.2 多径对基带相关I-Q码跟踪环的影响 431

7.8.3 相干和非相干码跟踪环的多径误差图相同 432

7.9 一阶超前-滞后门RF码跟踪环的平均失锁时间 434

7.9.1 RF实现的超前-滞后门码跟踪环平均滑动时间性能的分析模型 435

7.9.2 RF实现的超前-滞后门码跟踪环平均滑动时间理论与仿真比较 436

7.10 宽带干扰对RF实现的超前-滞后门码跟踪环跟踪和平均失锁时间的影响 437

7.11 码跟踪误差的CRAMER-RAO边界 438

7.12 接收机所用到的相位旋转和外差法 440

7.12.1 邻近基带处信号的外差法 441

7.12.2 相位旋转或单边带平移 442

7.13 在一个基带超前-滞后编码跟踪环中的脉冲调制和抑制 444

7.13.1 基带信号以及带一个带有脉冲调制的基带超前-滞后门I-Q编码跟踪环模型 444

7.13.2 当信号被脉冲调制时，相关基带I-Q码跟踪环内的全相关性 445

7.13.3 当信号脉冲中断时噪声同步结束 448

7.14 小结 450

参考文献 451

选读书目 452

习题 452

附录7A 带有带通滤波或基带滤波功能的一阶超前-滞后门码跟踪环的平均失锁时间 454

第8章 跳频信号跟踪 460

8.0 引言 460

8.1 无数据调制的跳频定时跟踪环模型 460

8.1.1 无数据调制的跳频环模型 465

8.1.2 噪声谱密度的估计 466

8.1.3 闭环跟踪环性能 467

8.2 经过BPSK和DPSK数据调制的跳频跟踪 468

8.3 小结 469

参考文献 469

习题 469

第9章 数字无线蜂窝通信的多址技术 470

9.0 引言 470

9.1 蜂窝系统简史 470

9.2 蜂窝通信 471

9.2.1 蜂窝系统体系结构 471

9.2.2 移动蜂窝小区 471

9.2.3 移动群 472

9.2.4 一个蜂窝系统中的频率复用 472

9.2.5 蜂窝分解 472

9.2.6 移交 473

9.2.7 关于蜂窝系统结构的更多内容 474

9.2.8 信道分配策略 475

9.3 无线通信的多址技术 476

9.3.1 对多址技术的简要介绍 476

9.3.2 频分多址 477

9.4 时分多址 478

9.4.1 TDMA系统的效能 479

9.4.2 TDMA系统中可用的信道数量 479

9.5 扩频多址技术 480

9.5.1 跳频多址 480

9.5.2 码分多址 480

9.5.3 扩频信号的混合技术 482

9.6 空分多址 483

9.7 单个蜂窝的CDMA容量 484

9.8 信息包无线访问技术 487

9.8.1 ALOHA信道 488

9.8.2 槽形ALOHA信道 489

9.9 带有冲突检测的载波多路存取协议 492

9.9.1 1-持续CSMA 492

9.9.2 非持续CSMA 492

9.9.3 p-持续CSMA 493

9.9.4 多址方式的概念比较 494

9.10 多用户探测概念 494

9.10.1 CDMA信号的匹配滤波器 494

9.10.2 在同步情况下的传统单用户探测器 497

9.10.3 解相关检测器 498

9.10.4 最小均方误差估计 500

9.10.5 多用户探测系统的其他类型 502

9.10.6 连续干扰抵消 503

9.10.7 多级干扰抵消 503

9.10.8 探测器的误比特率性能评估 504

9.11 一个CDMA系统的例子：cdma2000 506

9.11.1 cdma2000分层结构概述 507

9.11.2 前向链路和反向链路信道概述 508

9.11.3 cdma2000的物理层 508

9.11.4 前向链路物理信道 509

9.11.5 cdma2000反向物理信道 519

9.11.6 cdma2000的数据操作 525

9.12 WCDMA 525

9.12.1 WCDMA无线频率协议结构 525

9.12.2 WCDMA信道 526

9.12.3 WCDMA物理层 526

9.12.4 WCDMA信道编码 529

9.12.5 WCDMA功率控制 529

9.12.6 WCDMA随机访问 530

9.12.7 WCDMA蜂窝小区初始搜寻 530

9.12.8 WCDMA移交 530

9.12.9 WCDMA信息包数据业务 530

9.13 小结 532

参考文献 532

习题 534

第10章 衰落信道概述 535

10.0 引言 535

10.1 无线电传播特性 535

10.2 大规模效应的户外模型 536

10.2.1 自由空间路径损耗模型 536

10.2.2 接收信号功率和电磁场强度 537

10.2.3 地平面传播路径损耗模型 538

10.2.4 Egli的路径损耗模型 539

10.2.5 Okumura-Hata路径损耗模型 539

10.2.6 COST-231 Hata路径损耗模型 540

10.2.7 FCC-33路径损耗模型 540

10.2.8 微单元传播模型 541

10.3 户内模型的大规模效应 543

10.3.1 户内log-normal路径损耗模型 543

10.3.2 楼层衰落因子路径损耗模型 544

10.4 小规模效应多径衰落 544

10.4.1 瑞利和莱斯衰落模型 546

10.4.2 小规模衰落类型 548

10.4.3 多径时间延迟传播衰落 548

10.4.4 多径多普勒衰落效应 550

10.5 宽带信道的特性 551

10.5.1 确定性模型 551

10.5.2 随机时变线性信道 554

10.5.3 宽平稳信道 556

10.5.4 不相关散射信道 557

10.5.5 宽平稳不相关散射信道 558

10.6 瑞利衰落信道对误比特率的影响 559

10.6.1 瑞利衰落信道对BPSK误比特率的影响 559

10.6.2 瑞利衰落信道对DPSK吴比特率的影响 560

10.6.3 瑞利衰落信道对非相干正交BPSK吴比特率的影响 561

10.6.4 Nakagami衰落信道模型 561

10.7 减少多径效应的方法 562

10.7.1 多径改善的方法——分集 563

10.7.2 缓解衰落的组合方法 563

10.8 用于改善多径效应的均衡化 568

10.8.1 基带横向符号速率均衡器 568

10.8.2 基带适应均衡 570

10.8.3 基带判决反馈均衡器 574

10.9 多径改善的分集技术 575

10.9.1 通过分集技术改善二进制信道的多径性能 575

10.10 RAKE接收机 580

10.10.1 频率选择缓慢衰减信道的抽头延迟线性信道模型 580

10.10.2 RAKE接收机 581

10.10.3 RAKE接收机的性能 582

10.11 衰落信道的二进制编码的误比特率 583

10.11.1 二进制线性块码的Chernoff边界 583

10.11.2 衰落信道的编码正交FSK信号模型 585

10.11.3 瑞利衰落信道的线性二进制块编码的软判决解码和FSK调制误比特率 585

10.11.4 瑞利衰落信道的线性二进制块编码的硬判决解码和FSK调制误比特率 587

10.11.5 软判决和硬判决以及二进制FSK调制的瑞利衰落信道卷积编码的误比特率Chernoff边界 588

10.12 无线系统的智能天线系统 590

10.12.1 智能天线系统 590

10.12.2 自适应阵列智能天线 590

10.12.3 自适应阵列空间处理 594

10.12.4 采用转换波束构成智能天线 595

10.12.5 MIMO系统 595

10.13 小结 596

参考文献 596

习题 598

第11章 低概率检测系统 600

11.0 引言 600

11.1 低截获概率（LPI） 601

11.1.1 隐蔽通信 601

11.1.2 LPI概述 601

11.1.3 信号传播概述 603

11.2 辐射度探测器介绍 604

11.2.1 辐射计 604

11.2.2 辐射计性能结论的局限性 606

11.2.3 低通滤波辐射计 608

11.2.4 相关辐射计 609

11.2.5 输出信噪比与偏差的关系 611

11.2.6 跳频波形的最优检测器 612

11.2.7 滤波器组合并器 613

11.3 频谱分析仪 614

11.3.1 窄带信号频谱分析仪性能 616

11.3.2 宽带信号频谱分析仪性能 617

11.4 二阶周期平稳特征检测 617

11.4.1 周期平稳过程 617

11.4.2 基带和载波的周期平稳性 617

11.4.3 BPSK通过滤波器和平方器电路 618

11.4.4 平衡QPSK通过滤波器和平方器电路 623

11.4.5 平衡OQPSK通过滤波器和平方器电路 624

11.4.6 MSK通过滤波器和平方器电路 625

11.4.7 MFSK跳频信号通过滤波器和平方器电路 626

11.4.8 DPSK数据调制的慢速跳频信号通过滤波器和平方器电路 627

11.4.9 平衡QPSK的延迟和乘法码片速率检测器 629

11.5 BPSK码片速率检测器的性能 630

11.6 带限制器和鉴别器的非调制音的频率估计 633

11.7 小结 634

参考文献 635

选读书目 636

习题 636

附录11A 从一个带通滤波高斯随机过程中抽样出来的一个样本 637

第12章 锁定检测器原理和吸收马尔可夫链 639

12.0 引言 639

12.1 吸收马尔可夫链 639

12.2 基频矩阵 641

12.3 暂态进程时间的均值与方差 642

12.4 一般情况下进程处于暂态次数的均值与方差 645

12.5 从暂态开始到恒态结束的概率 648

12.6 锁定检测器性能 649

12.7 锁定检测器系统模型 652

12.7.1 残留载波环锁定检测器框图模型 653

12.7.2 抑制载波锁定检测器 654

12.7.3 PN码捕获锁定检测器 655

12.7.4 SFH/DPSK中的跳频锁定检测器 655

12.8 小结 656

参考文献 656

选读书目 657

习题 657

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