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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r303

6.5.10 窄带干扰下的BPSK调制信噪比r304

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CSMA492

9.9.2 非持续CSMA492

9.9.3 p-持续CSMA493

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：cdma2000506

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 WCDMA525

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