通信原理之 正交编码

4 正交编码

4.1相关函数与相关系数:相关函数没有归一化,相关系数并非用信号的模来归一化,而是用信号的个数n来归一化。

对于正负1的信号

Correlation coefficient= A-D/A+D, A为对应位相同的个数,D为对应位相反的个数,相同时+1*+1=1,-1*-1=1,相反时+1*-1=-1,故A-D为sigmaxiyi,而A+D=n。

超正交supert orthogonal相关系数小于0

双正交,一个码组中任意两组码的相关系数为0或者-1.

 

4.2 Hadamard矩阵

递推而来, H2=【1,1;1,-1】

Hn=Hn/2 direct product H2,

矩阵的直积定义为将左边的矩阵的每个元素用右边的矩阵代替。

性质:各行各列正交,因此交换行列不改变性质。为了区分,定义正规Hadamard矩阵的形式,用来代表所有由它交换行列得到的Hadamard矩阵。

4.3 Walsh函数和walsh矩阵

Walsh函数无穷长,递推而来

Wal(0,theta)={1 when theta’s absolute value<0.5,0}

Wal(2j+p,theta)=(-1)^(j/2+p){wal(j,2(theta+0.25))+ (-1)^(j+p)wal(j,2(theta-0.25))}

P取0-1,j为0和正整数

Walsh矩阵为有限长的Walsh函数

5. 伪随机序列

5.1 m序列

移位寄存器连接相加器。

1递归方程

即某个寄存单元的下一个时刻的值由递推方程决定

ak=sigma(ci* a[k-i])

2.特征方程:某个地方是否连接累加器做多项式的系数

3.母函数generation function:每个时刻的输出作多项式的系数

<think>好的,用户想了解通信领域中的正交编码技术,包括其概念、原理、应用场景以及可能的实现方式。首先,我需要回忆一下正交编码的基本定义和相关知识。 正交编码的核心在于“正交”这个概念,也就是在数学上两个向量的内积为零,意味着它们彼此独立,互不干扰。这在通信中非常有用,特别是在多路复用和抗干扰方面。比如,CDMA技术就利用正交编码来区分不同的用户信号。 接下来需要整理正交编码的技术原理。可能包括正交码的生成方法,比如沃尔什码、哈达玛矩阵等,这些码字在时域或频域上具有正交特性。同时,可能需要解释正交性如何帮助在接收端分离信号,减少多址干扰。 应用场景方面,除了CDMA,还有OFDM中的子载波正交,以及物联网中的低功耗通信。比如,参考信息中提到的FPGA在物联网中的应用,可能涉及到正交编码的实现,这里可以引用相关内容作为例子[^2]。 实现方式部分,可能需要讨论硬件实现,比如使用FPGA进行编码解码,或者软件算法。这里可以结合用户提供的引用[2],提到FPGA在实现高效通信协议中的作用,说明正交编码在资源受限环境下的应用。 还要注意用户提到的引用格式,确保在适当的位置添加引用标识。例如,在讨论物联网应用时,引用。 然后需要生成相关问题,可能包括正交编码与其他编码的区别、具体实现技术、性能优化方法等。确保问题与主题紧密相关,帮助用户进一步探索。 最后检查LaTeX格式是否正确,所有数学表达式用$...$或$$...$$,比如正交性可以表示为$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 0$,或者独立公式使用$$。同时,确保回答结构清晰,分点阐述,符合用户要求的格式。</think>### 正交编码技术原理与应用场景 #### 一、正交编码的概念 正交编码是一种利用**正交性**实现信号高效传输的编码技术。其核心是设计一组两两正交的码字,使得任意两个不同码字的内积为零,即: $$\mathbf{c}_i \cdot \mathbf{c}_j = \sum_{k=1}^n c_{i,k} \cdot c_{j,k} = 0 \quad (i \neq j)$$ 这种正交性使得接收端可以通过相关运算(如点积)分离出目标信号,同时抑制干扰[^1]。 #### 二、技术原理 1. **正交码的生成** - 常用正交码包括**沃尔什码(Walsh Code)**和**哈达玛矩阵(Hadamard Matrix)**。例如,沃尔什码通过递归构造生成,满足码字间的正交性。 - 正交码在时域或频域上展开,例如OFDM(正交频分复用)中,子载波间隔满足正交条件: $$\int_0^T \cos(2\pi f_i t) \cos(2\pi f_j t) dt = 0 \quad (f_i \neq f_j)$$ 2. **信号分离与抗干扰** 接收端通过**匹配滤波器**或**相关器**提取目标信号。例如,在CDMA系统中,用户信号被正交码调制后叠加传输,接收端用相同码字解调,其他用户的信号因正交性被抑制。 #### 三、应用场景 1. **多址接入技术(CDMA)** 在蜂窝通信中,正交码用于区分用户,提升频谱利用率。例如,3G网络采用沃尔什码实现多用户并行传输。 2. **正交频分复用(OFDM)** 5G和Wi-Fi使用OFDM技术,子载波正交性避免频带重叠,减少符号间干扰(ISI)。 3. **物联网低功耗通信** 在物联网设备中,FPGA可通过编程实现轻量级正交编码协议,例如在资源受限的传感器节点中优化功耗与抗干扰性能。 #### 四、实现方式 1. **硬件实现** - 使用FPGA或ASIC设计正交编码器/解码器,例如通过查找表生成沃尔什码。 - 引用案例:FPGA在物联网中可编程实现自定义正交编码协议,适应不同通信标准。 2. **软件算法** - 基于FFT实现OFDM子载波正交化。 - 伪代码示例(正交码生成): ```python def generate_walsh_code(n): if n == 1: return [[1]] H = generate_walsh_code(n//2) return [[h_row * 2 for h_row in H] + [[h, -h] for h in H_row]] ```
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