PN码在扩频系统中的应用与移位寄存器序列分析

"本章介绍了扩频系统中伪随机码（PN码）的应用，强调了PN码在决定扩频系统性能中的关键作用，包括抗干扰能力、多址能力和码捕获时间。内容主要包括移位寄存器序列的原理及其生成，分为线性反馈移位寄存器序列（LFSRSG）和非线性反馈移位寄存器序列（NLFSRSG）两类。通过具体的例子展示了LFSRSG的构造和状态转移过程。" 在扩频通信技术中，伪随机码（PN码）扮演着至关重要的角色。PN码是一种看似随机但实际上遵循一定规律的数字序列，它被用于将信号的频谱扩展到很宽的带宽，从而提升系统的抗干扰能力和安全性。PN码的性质，例如码型、长度和生成速率，直接影响着扩频系统的性能表现。 移位寄存器序列是生成PN码的一种常见方法。移位寄存器是一个存储单元，其中的数据在每个时钟脉冲下按照特定顺序向左或向右移动一位。移位寄存器序列是由移位寄存器输出的一串二进制数（0和1），对应的时间波形则是由正负值交替的序列。图6-1展示了移位寄存器序列及其波形。 PN码的生成通常涉及移位寄存器和反馈函数。移位寄存器的内容在每个时钟周期内根据反馈函数的规则进行更新，形成新的序列。根据反馈函数的不同，可以将移位寄存器序列产生器分为两类： 1. 线性反馈移位寄存器序列产生器（LFSRSG）：在这种情况下，反馈函数的输出是对移位寄存器的各级状态进行模2加运算。例如，一个4位的LFSRSG，其反馈函数可能为\( x_4 \oplus x_3 \oplus x_2 \)，其中\(\oplus\)表示异或操作。这样的系统会产生一个特定长度的周期性序列，例如1111, 0000...，其中1111和0000是死态，每个状态只来自一个前一状态。 2. 非线性反馈移位寄存器序列产生器（NLFSRSG）：当反馈函数不满足模2加运算时，即不形成线性关系，就形成了NLFSRSG。NLFSRSG可以产生更复杂、更难以预测的序列，提供更好的安全性和抗干扰性。 例如，一个4位的LFSRSG，反馈函数可能为\( x_4 \oplus x_3 \oplus x_2 \cdot x_1 \)，其中乘号表示逻辑与操作。初始状态的选择会影响序列的生成，不同的初始状态会产生不同的序列，如1111，但死态1111和0000依然存在，每个状态只由一个前一状态产生。 PN码的特性对于扩频通信系统的性能至关重要。选择合适的PN码和生成方法可以优化系统的抗干扰能力，同时减少码捕获时间和提高多址接入的有效性。通过理解和掌握PN码的原理以及生成机制，设计者能够更好地利用扩频技术的优势，以实现更高效、更安全的通信系统。