直接序列扩频通信技术

聚焦直接序列扩频通信技术难点，给出针对性优化方案，内容具体可落地。

算法与策略均经过工程验证，实操性强，实用价值突出。

内容体系完整、由浅入深，受众覆盖面广，贴合行业发展需求。

本书介绍了直接序列扩频通信的基础知识，以及直接序列扩频信号捕获跟踪、解扩解调的性能设计及工程实现方法，重点针对多径传播、高动态、抗干扰、抗截获、非相干、组网通信等典 型应用场景，系统地探讨了信号设计、接收处理及性能分析的相关方法。本书结合作者在相关领域多年的工作经验以及扩频通信的新技术发展，构建了较为完整的理论分析框架，设计了诸多工程实用的信号处理算法，突出强调了理论的完整性和算法的工程实用性，具有较高的实际应用参考价值。
　　本书可作为从事无线通信的工程技术人员、科研工作者和相关专业高校师生的参考用书。

潘申富
博士后，研究员级高 级工程师，现为中国电科网络通信研究院（中国电子科技集团公司第五十四研究所）副总工程师。主要从事卫星通信系统总体设计、卫星通信链路高安 全传输、信号处理等方向的研究工作。

第1章 扩展频谱通信 1
1.1　扩展频谱通信的定义　1
1.2　扩展频谱通信的分类　2
1.2.1　直接序列扩频通信系统　2
1.2.2　跳频扩频通信系统　5
1.2.3　跳时扩频通信系统　8
1.2.4　线性调频脉冲扩频通信系统　9
1.2.5　混合扩频通信系统　10
1.3　扩展频谱通信的传输性能分析　11
1.3.1　高斯白噪声信道条件下的传输性能　11
1.3.2　多径信道条件下的传输性能　12
1.3.3　干扰条件下的传输性能　14
1.4　扩频通信链路的干扰容限　17
1.5　扩展频谱通信的主要技术特点　20

第2章　直接序列扩频信号处理　21
2.1　直接序列扩频信号调制技术　21
2.1.1　典型实现框架　21
2.1.2　数据加扰　21
2.1.3　信道编码　23
2.1.4　扩频及数字载波调制　34
2.2　直接序列扩频信号接收处理　40
2.2.1　典型实现架构　40
2.2.2　信号采样　41
2.2.3　增益控制　47
2.2.4　数字变频处理　51
2.2.5　数字滤波处理　52
2.2.6　信号捕获跟踪　53
2.2.7　数字相关解扩　54
2.2.8　符号定时恢复　54
2.2.9　载波恢复　55
2.2.10　干扰处理　55
2.2.11　Rake接收　56
2.3　直接序列扩频信号增强处理　56
2.3.1　应急通信　57
2.3.2　组网通信　58

第3章　扩频码的构造及特性分析　61
3.1　扩频码的时域描述　61
3.2　伪随机序列的构造及特性分析　64
3.2.1　m序列　64
3.2.2　Gold序列　68
3.2.3　M序列　71
3.2.4　正交序列　72
3.2.5　混沌序列　74
3.3　扩频码的应用　76
3.3.1　m序列　76
3.3.2　Gold序列　76
3.3.3　正交序列　76
3.3.4　混沌序列　77

第4章　直扩信号捕获及跟踪　79
4.1　捕获及跟踪的基本原理　79
4.2　扩频码捕获的典型实现方式　80
4.2.1　基于滑动相关的扩频码捕获　80
4.2.2　基于匹配滤波的扩频码捕获　81
4.2.3　基于频域相关的扩频码捕获　82
4.2.4　基于PMF-FFT的扩频码捕获　82
4.3　扩频码捕获性能分析　83
4.3.1　信号模型　83
4.3.2　同步判决原理　84
4.3.3　检验统计量的分布　86
4.3.4　虚警概率和检测概率　97
4.3.5　连续扩频信号平均捕获时间　99
4.3.6　突发扩频信号捕获成功率　103
4.3.7　自适应门限判决　105
4.4　扩频码跟踪的典型实现方式　106
4.4.1　基于频率调整的扩频码跟踪　106
4.4.2　基于相位调整的扩频码跟踪　106
4.4.3　基于采样点选择的扩频码跟踪　107
4.5　扩频码跟踪性能分析　108
4.5.1　跟踪误差提取　108
4.5.2　跟踪误差对解扩性能的影响　110
4.5.3　设计示例　112

第5章　数字解扩解调技术　115
5.1　数字解扩解调原理　115
5.2　数字相关解扩　116
5.2.1　典型的数字解扩方式　116
5.2.2　不同数字解扩方式性能比较　117
5.2.3　不同参数信号解扩性能比较　119
5.3　载波频率恢复　124
5.3.1　载波频偏对接收性能的影响分析　124
5.3.2　载波频偏估计及校正　126
5.3.3　载波频偏估计算法选择及参数设计建议　132
5.4　载波相位恢复　133
5.4.1　载波相位偏差对解调性能的影响　133
5.4.2　基于环路滤波的载波相位恢复　134
5.4.3　基于开环估计的载波相位恢复　137
5.5　信噪比估计　138
5.5.1　信噪比估计的CRLB　139
5.5.2　基于数据辅助的信噪比估计　139
5.5.3　基于时频联合的信噪比估计　140
5.5.4　基于辅助通道的信噪比估计　143
5.6　关于信号设计及解扩解调的建议　146

第6章　直扩Rake接收技术　149
6.1　基本原理及处理流程　149
6.2　信号合并模型　150
6.3　载波相位偏差对合并性能的影响　152
6.4　幅度权值误差对合并性能的影响　156
6.5　载波频偏及相差校正　159
6.5.1　载波频偏估计　159
6.5.2　载波相差估计　163
6.5.3　估计算法选择及参数设计　166
6.6　信号幅度加权处理　167
6.6.1　信号幅度与信噪比估计的CRB　167
6.6.2　典型信号幅度加权处理实现方法　167
6.6.3　实现算法选择及参数设计　174
6.7　多径信号的捕获与跟踪　175

第7章　高动态环境下的直扩信号处理　177
7.1　多普勒效应机理　177
7.2　典型高动态平台及信道多普勒特性　179
7.3　高动态对直扩信号接收处理的影响　181
7.4　基于三维搜索的扩频码捕获　181
7.4.1　载波频偏对扩频码捕获的影响　181
7.4.2　码钟频偏对扩频码捕获的影响　183
7.4.3　高动态环境下的扩频码捕获　184
7.5　基于码钟频率、相位联合调整的扩频码跟踪　188
7.6　基于变化率估计的载波频率恢复　189
7.6.1　载波频偏校正模型　189
7.6.2　载波频偏初步校正　190
7.6.3　载波频率变化率估计　192
7.6.4　载波频偏的精确校正　194
7.7　设计示例　194
7.7.1　信号参数及信道动态特性　194
7.7.2　高动态扩频码捕获性能分析　195
7.7.3　高动态扩频码跟踪性能分析　198
7.7.4　高动态载波频偏估计及校正　200
7.7.5　载波相位恢复性能分析　203

第8章　抗干扰增强技术　205
8.1　典型干扰特性分析　205
8.2　基于频域陷波的部分频带干扰处理　207
8.2.1　固定干扰处理　207
8.2.2　时变干扰处理　210
8.2.3　基于收益评估的自适应频域陷波　211
8.3　基于时域滤波的脉冲式干扰处理　220
8.3.1　抑制脉冲式干扰的基本策略　220
8.3.2　自适应时域陷波算法描述　220
8.3.3　性能仿真分析　221
8.4　基于多维特征分析的同模式干扰检测　225

第9章　抗截获增强技术　227
9.1　信号截获与抗截获　227
9.1.1　信号截获原理　227
9.1.2　抗截获原理　228
9.1.3　直接序列扩频信号抗截获增强方式　228
9.2　长码扩频　229
9.2.1　基于短码引导的扩频码同步　229
9.2.2　基于时间窗口引导的扩频码同步　230
9.3　参数捷变　231
9.3.1　隐蔽信道设计　232
9.3.2　直扩小跳频通信　233
9.3.3　直扩跳码通信　235
9.4　信号隐蔽　235
9.4.1　信号隐蔽及干扰抵消　235
9.4.2　干扰抵消性能评价　236
9.4.3　参数估计误差与干扰抵消性能的关系　237
9.4.4　干扰信号参数估计　246
9.5　猝发扩频　251
9.5.1　基于同步头的猝发扩频　252
9.5.2　无需同步头的猝发扩频　262

第10章　非相干直扩信号处理　267
10.1　非相干扩频基本原理及技术特点　267
10.2　基于单通道的非相干扩频码捕获　269
10.2.1　非相干扩频信号模型　269
10.2.2　相干累加长度与输出信噪比的关系　269
10.2.3　仿真验证及参数选择建议　274
10.3　基于最大似然的多通道扩频码捕获　276
10.4　非相干扩频码跟踪　277
10.5　非相干扩频符号定时恢复　278
10.5.1　符号定时的基本原理　278
10.5.2　符号定时误差对输出信噪比的影响　280
10.5.3　符号定时误差估计算法及性能仿真　281

第11章　直接序列扩频通信组网技术　283
11.1　基本原理　283
11.1.1　组网原理　283
11.1.2　组网方式　285
11.1.3　拓扑结构　287
11.2　多址干扰分析　288
11.2.1　异步DS-CDMA系统中的多址干扰分析　288
11.2.2　同步DS-CDMA系统中的多址干扰分析　292
11.3　系统容量的估算　295
11.3.1　异步DS-CDMA系统容量　295
11.3.2　同步DS-CDMA系统容量　297
11.4　系统功率控制　298
11.4.1　前向网控信道功率控制　298
11.4.2　反向接入信道功率控制　298
11.4.3　业务信道功率控制　298

附录　301
附录1　次数为r≤15的本原多项式系数（八进制）　301
附录2　欧拉函数的计算方法　313
附录3　分圆陪集的构造方法　313
附录4　部分m序列优选对（用本原多项式系数（八进制）表示）　314

参考文献　330