扩展频谱（以下简称扩谱）通信是数字通信的核心领域之一。扩谱通信技术最初作为抵抗干扰和截获威胁的手段而用于军事通信网络；但现已广泛用于商用系统，并已成为若干无线、移动通信标准的一部分。虽然扩谱通信已成为数字通信教科书中的重要话题，但对它的论述往往较为粗浅。本书旨在对扩谱通信进行更为深入的论述，适于具有扎实数字通信理论基础的研究生和在职工程师使用。正如本书标题所指出的，本书的重点在于原理而非其他许多书中所述的现有的或已设计好的系统。本书的目标是对扩谱系统的基本原理进行简明清晰的说明，侧重于基础理论。对于本书特定主题的选择，我折中考虑了这些主题的实用意义以及研究人员与系统设计人员的兴趣。纵观全书，对经典理论进行了许多新的或系统的推导，以便于学习。每章结尾列出的思考题用于帮助读者巩固知识，并提供分析技巧的训练。我所列出的参考文献，建议读者深入研究或作为其他研究的参考资料。
　　扩谱信号是一种经过额外调制从而显著扩展信号带宽的信号，扩展后的带宽远超编码后的数据调制所需的带宽。扩展频谱通信系统可用于抑制干扰、增强通信的安全性检测和处理、适应衰落和多径信道、提供多址接人能力等。扩谱信号对工作在同一频段的其他通信系统构成的干扰相对较小。最实用的主流扩谱系统是直接序列扩谱（以下简称直扩）系统和跳频扩谱（以下简称跳频）系统。
　　现在并没有制约扩谱通信有效性的基本理论障碍。存在这样一个重要但并非显而易见的事实，即扩谱信号带宽的增加可能使得通过接收滤波器的噪声功率超出解调器所要求的噪声功率。然而，当任何信号和高斯白噪声通过一个与信号相匹配的滤波器时，采样滤波器输出的信噪比仅取决于信号能量与噪声功率谱密度的比值。因此，输入信号的带宽并不重要，而且扩谱信号没有固有的限制。
　　第1章回顾了编码和调制理论的基本结论，这些结论对于全面理解扩谱系统是必须的。信道编码也称为纠错编码或差错控制编码，它对于充分发挥扩谱系统的潜在能力具有至关重要的作用。尽管直扩通信系统能够极大地抑制干扰，然而实际的直扩系统仍需信道编码来处理残留的干扰以及诸如衰落之类的信道损伤。尽管设计跳频通信系统的目的是为了躲避干扰，但它也可能会跳人一个非期望的频谱区域，这就需要信道编码来保证系统所需的性能。本章中，编码和调制理论用于推导所需要的接收机计算方法及译码后信息比特的错误概率，重点阐述在扩谱系统中已被证明最为有用的编码与调制类型。
　　第2章阐述丁直扩系统的基本原理。直扩调制将高速扩谱序列直接加在低速数据序列上，从而使得发射信号具有相对较宽的带宽。在接收机中移除扩谱序列使得带宽变小，从而能够利用适当的滤波器来滤除很大一部分子扰。本章首先讨论了扩谱序列和波形，然后详细分析了直扩接收机如何抑制各种干扰。此外还介绍了几种提高直扩系统中窄带干扰抑制能力的方法。
　　第3章介绍了跳频系统的基本原理。跳频是发射信号的载波频率周期性改变的通信方式。跳频系统的这种时变性赋予系统很强的潜在抗干扰能力。直扩系统是依靠频谱扩展、解扩及滤波来抑制干扰，而跳频系统抑制干扰的机理是躲避干扰。当躲避失败时，由于载波频率周期性改变，跳频信号仅会被暂时干扰。通过广泛采用信道编码，干扰对跳频系统的影响将进一步减轻。从这一点来说，跳频系统比直扩系统更需要信道编码。跳频系统的基本概念、频谱和性能，以及编码和调制问题在本章的前五节进行介绍。本章还研究了部分频带干扰和人为于扰的影响。此外，还对频率合成器设计中最重要的问题进行了阐述。
　　第4章的中心是同步问题。扩谱接收机必须产生与接收的直扩序列或跳频图案同步的直扩序列或跳频图案。也就是说，相应的直扩序列码片或跳频驻留间隔必须精确或近似一致。任何偏差都将导致解调器输出信号幅度的下降，下降幅度与自相关或部分自相关函数有关。虽然在收发信机中使用精确时钟能够在某种程度上降低接收机定时的不确定性，但时钟漂移、波动范围的不确定性及多普勒频移仍然可能导致同步问题。扩谱码同步，即直扩码序列或跳频图案同步，可从独立发送的导频或定时信号中获取。虽然可将接收信号反馈给发射机来实现或辅助实现扩谱码同步，然而为减小功率消耗及其他开销，大多数扩谱接收机都是通过直接处理接收信号来获得扩谱码同步。本章对提供粗同步的捕获和提供精同步的跟踪都进行了阐述。由于在一个完整的扩谱系统中，捕获部分总是重点设计的内容和最昂贵的部件，因此捕获问题是本章讨论的重点。
　　第5章对衰落中最重要的问题和用于抗衰落的分集方法的作用进行了总体描述。衰落是指由通信信道的时变性所引起的接收信号强度的变化。它主要由发射信号的多径分量相互叠加而引起的，且随传播媒质物理特性的变化而改变。抗衰落的主要手段是分集，它主要利用了同一信号的两个或多个独立衰落副本之间潜在的冗余度。作为多数直扩系统的核心，Rake解调器并非简单地消除多径信号，而是能够充分利用所不希望的多径信号。多载波直扩系统是另一种具有实用优势的利用多径信号的方法。
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　　《国防通信与信息技术译丛：扩展频谱通信系统原理（第2版）》系统阐述了扩谱通信中的编码调制、扩谱码同步、分集接收、扩谱信号检测、迭代信道检测等一系列基础问题，重点论述了扩谱通信的基本原理和基础理论。本书内容全面深入，概念清晰，理论分析严谨，仿真、习题和参考资料丰富，是当前最新的扩谱通信基础理论著作之一。

第1章 信道编码与调制
1.1 分组码
1.1.1 硬判决译码的错误概率
1.1.2 软判决译码与脉冲幅度调制的编码度量
1.1.3 正交信号的编码度量
1.1.4 无编码的FSK符号度量和错误概率
1.1.5 性能实例
1.2 卷积码与格型码
1.2.1 契尔诺夫界
1.2.2 网格编码调制
1.3 交织器
1.4 经典级联码
1.5 Turbo码
1.5.1 MAP译码算法
1.5.2 并行级联Turbo码
1.5.3 串行级联Turbo码
1.6 低密度奇偶校验码
1.6.1 非规则重复累加码
1.7 迭代解调与译码
1.7.1 比特交织编码调制
1.7.2 仿真实例
思考题
第2章 直接序列扩谱系统
2.1 定义和概念
2.2 扩谱序列和波形
2.2.1 随机二进制序列
2.2.2 移位寄存器序列
2.2.3 最大序列
2.2.4 自相关函数和功率谱
2.2.5 特征多项式
2.2.6 长非线性序列
2.2.7 码片波形
2.3 BPSK调制系统
2.3.1 载波频率上的单音干扰
2.3.2 一般的单音干扰
2.3.3 高斯干扰
2.4 四进制系统
2.4.1 采用信道编码的系统
2.5 脉冲干扰
2.6 基于带通匹配滤波器的解扩
2.6.1 非相干直扩系统
2.6.2 抗多径相干系统
2.7 窄带干扰的消除
2.7.1 自适应滤波器
2.7.2 时域自适应滤波
2.7.3 变换域处理
2.7.4 非线性滤波
2.7.5 自适应ACM滤波器
思考题
第3章 跳频扩谱系统
3.1 概念和特征
3.2 正交FSK跳频
3.2.1 软判决译码
3.2.2 多音干扰
3.3 CPM和DPSK调制的跳频系统
3.4 混合扩谱系统
3.5 部分频带干扰下的编码
3.5.1 RS编码
3.5.2 网格编码调制
3.5.3 Turbo码和LDPC码
3.6 频率合成器
3.6.1 直接频率合成器
3.6.2 直接数字频率合成器
3.6.3 间接频率合成器
思考题
第4章 扩谱码同步
4.1 扩谱序列的捕获
4.1.1 匹配滤波器捕获
4.2 顺序搜索捕获
4.2.1 均匀分布下的均匀搜索
4.2.2 连续计数双驻留捕获
4.2.3 单驻留和匹配滤波捕获
4.2.4 上下双驻留捕获
4.2.5 惩罚时间
4.2.6 其他搜索策略
4.2.7 捕获时间的概率密度函数
4.2.8 替代分析
4.2.9 非连续及序贯搜索
4.3 捕获相关器
4.4 扩谱码跟踪
4.5 跳频图案
4.5.1 匹配滤波器捕获
4.5.2 顺序搜索捕获
4.5.3 跟踪器
思考题
第5章 衰落与分集
5.1 路径损耗、阴影和衰落
5.2 时间选择性衰落
5.2.1 衰落速率和衰落持续时间
5.2.2 空间分集和衰落
5.3 频率选择性衰落
5.3.1 信道冲激响应
5.4 衰落信道的分集
5.4.1 最优阵列
5.4.2 最大比合并
5.4.3 相干二进制调制及其度量
5.4.4 等增益合并
5.4.5 选择分集
5.4.6 发射分集
5.5 信道编码
5.5.1 比特交织编码调制
5.6 Rake解调器
5.7 分集和扩谱技术
5.8 多载波直扩系统
5.8.1 MC—CDMA系统
5.8.2 采用频域均衡的DS—CDMA系统
思考题
第6章 码分多址接入
6.1 DS／CDMA的扩谱序列
6.1.1 同步通信
6.1.2 异步通信
6.1.3 误符号率
6.1.4 复四进制序列
6.2 随机扩谱序列系统
6.2.1 Jensen不等式
6.2.2 基于BPSK的直扩系统
6.2.3 四相直扩系统
6.3 蜂窝网络和功率控制
6.3.1 小区间上行链路干扰
6.3.2 中断分析
6.3.3 本地平均功率控制
6.3.4 误比特率分析
6.3.5 多普勒扩展对功率控制精度的影响
6.3.6 下行链路功率控制和中断
6.4 跳频多址接入
6.4.1 异步FH／CDMA网络
6.4.2 Ad hoc网络和蜂窝移动网络
6.4.3 Ad Hoc网络
6.4.4 蜂窝网络
6.5 多用户检测器
6.5.1 最优检测器
6.5.2 去相关检测器
6.5.3 最小均方误差检测器
6.5.4 自适应多用户检测器
6.5.5 干扰抵消器
6.5.6 跳频多用户检测器
思考题
第7章 扩谱信号的检测
7.1 直扩信号的检测
7.2 能量检测器
7.2.1 噪声功率估计
7.2.2 其他实现问题
7.3 跳频信号的检测
7.4 信道化能量检测器
思考题
第8章 采用迭代信道估计的扩谱系统
8.1 期望最大化算法
8.1.1 固定点迭代
8.2 直扩系统
8.2.1 编码、调制及信道估计
8.2.2 迭代接收机结构
8.2.3 EM算法
8.2.4 有准确相位信息的接收机
8.2.5 无相位信息的接收机
8.2.6 盲PACE估计的折中
8.2.7 仿真结果
8.3 信息论导论
8.4 鲁棒跳频系统
8.4.1 系统模型
8.4.2 解调器度量
8.4.3 信道估计器
8.4.4 调制指数的选择
8.4.5 存在部分频带干扰时的性能
8.4.6 异步多址接入干扰
思考题
附录A 常见信号的特征
A.1 带通信号
A.2 平稳随机过程
A.3 直接变频接收机
附录B 常见的概率分布
B.1 卡方分布
B.2 中心卡方分布
B.3 莱斯分布
B.4 瑞利分布
B.5 指数分布
附录C 常见自适应算法的收敛
C.1 LMS算法
C.1.1 均值的收敛
C.1.2 失调
C.2 Frost算法
C.2.1 均值的收敛
索引

　　卷积Turb0码使用两个卷积码作为其成员码。如图l。17所示，Turbo码编码器中复用器的输出包含成员码1编码器产生的信息比特及校验比特，但只包含成员码2编码器产生的校验比特。通常，Tu山。码的两个成员码完全相同。若复用器对校验比特流进行删除，则可获得更高码率。尽管删除的方法在译码器中需要帧同步，但是仍是一种让码率适应信道条件的方便方法。
　　无论是分组交织器还是伪随机交织器，其目的都是改变成员编码器2输入比特的顺序，使得即使输入了低重量的信息码字，两个成员码输出的码字也不可能同时具有低重量特性。由于递归系统卷积编码器能将大多数低重量的信息序列映射成高重量的编码序列，因而常被用作成员码编码器。尽管递归系统卷积编码器能在很大程度上减少低重量码字的数量，但仍会剩余一些低重量码字，以使其最小自由距离改变很小或几乎没有改变。无论其最小距离大小如何，Turb’码很少有低重量的码字。当交织器的规模较大时，Turbo码具有与随机码相似的重量分布。交织器与译码器中的解交织器减弱了Turbo码不同比特对应的LLR之间的相关性。
　　为使Turbo码的网格终止于全零状态，并能够被视为分组码，需要在两个卷积成员码中插入结尾比特流。递归编码器要求非零的结尾比特，它们是关于前面的非系统输出比特的函数，因而也是信息比特的函数。
　　为利用码率为1／2的卷积成员码产生码率为l／2的Turbo码，可交替删除编码器1的偶数位校验比特与编码器2的奇数位校验比特。因此，奇数位信息比特与码1被发送的校验比特对应。然而，由于编码器2之前的交织处理，偶数位信息比特可能与成员码l和成员码2被发送的校验比特均不对应。相反，一些奇数位信息比特可能与两个编码器发送的校验比特均相对应，尽管由于交织这些校验比特没有连续发送。由于有些信息比特没有发送的校验比特相对应，因此，译码器几乎不可能纠正这些信息比特中的错误。避免该问题并且确保每个信息比特正好有一个对应的校验比特被发送的方便办法是采用具有奇数行与奇数列的分组交织器。若比特流按行连续写入交织矩阵，然后按列连续读出，则奇数位与偶数位信息比特交替输入到编码器2中，从而保证了所有信息比特都有一个对应的校验比特发送。这一过程或任何其他将奇数位与偶数位信息比特分开的过程，称为奇偶分离。仿真结果表明，当同时采用删除法与分组交织时，奇偶分离提高了系统性能，但是在未采用删除的情况下，奇偶分离对性能没有影响。交织器规模小的系统中，采用奇偶分离的分组交织器通常具有比伪随机交织器更好的系统性能，而后者通常在交织规模较大时性能更优越。
　　交织器的规模等于码的分组长度或帧长度。低重量或最小距离码字数目与交织器规模趋于反比关系。当采用大规模的交织器且译码迭代次数足够多时，卷积Tu山。码的性能与信息论极限之间的差距小于ldB。然而，随着分组长度增加，输入与输出之间的系统时延也相应变大。随着符号能量增加，Turb。码的误比特率相应减小，直到最终落人错误平层（cnor noor）或者误比特率持续减小得非常慢。系统时延大、复杂度高与有时存在错误平层的特点是Turb。码的主要不足。
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