基于差分檢測的多載波無線通信系統(tǒng)研究

摘 要： 針對載波相位難以恢復(fù)的不足，在研究的基礎(chǔ)上選擇了獨(dú)特的方式對多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分進(jìn)行檢測，檢測時克服各種難度，同時對接收機(jī)設(shè)計進(jìn)行簡化。該方法可提高直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)抵抗信道時間選擇性衰落的能力，同時針對多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測的誤碼率性能進(jìn)行理論分析。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法可減少載波間干擾對碼片級差分檢測的影響，改善了在時間選擇性較強(qiáng)的多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測信道中的性能。

關(guān)鍵詞： 碼片級差分檢測； 多載波； 誤碼率； 載波相位

中圖分類號： TN913.6?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）15?0014?04

Abstract： To overcome the shortcoming that the carrier phase is difficult to restore， the unique method is selected to detect the multi?carrier frequency domain spreading code chip?level difference to overcome various test difficulties， and the receiver design is simplified. This method can improve the ability of direct sequence spread spectrum system resisting the channel time selective fading. The bit error rate performance of the multi?carrier frequency domain spreading code chip?level differential detection is analyzed in this paper theoretically. The simulation experiment results show this method can reduce the effect of inter?carrier interference on code chip?level differential detection， and improve the performance of multi?carrier frequency domain spreading code chip?level differential detection with strong time selectivity in the channel.

Keywords： chip?level differential detection； multi?carrier； bit error rate； carrier phase

0 引 言

經(jīng)過不斷的發(fā)展，現(xiàn)在通信技術(shù)的主流是碼分多址（CDMA）[1]。CDMA與TDMA以及FDMA相比較有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如可以軟切換，具備軟容量，可以抗拒窄帶的干擾，頻譜的利用率高等，也更加安全可靠。但是，現(xiàn)在CDMA運(yùn)行擴(kuò)頻時，都會用序列擴(kuò)頻作為基礎(chǔ)，這樣，碼片的速率提升以后，接收機(jī)的處理速度很快得到提升，因此在進(jìn)行高速傳輸時就發(fā)生了許多問題，而另外一個缺陷就在于兩個相鄰的符號還會出現(xiàn)串?dāng)_的現(xiàn)象[2]。OFDM技術(shù)能夠有效地縮減要求碼片的效率，也可以抵擋信道的彌散。所以，以O(shè)FDM和CDMA相結(jié)合為基礎(chǔ)的多載波頻域擴(kuò)頻設(shè)計已經(jīng)是社會熱議的話題[3]。

針對多址技術(shù)和調(diào)制室內(nèi)環(huán)境下的高速傳輸提出了多載波頻域擴(kuò)頻方案，可以在一定程度上抵抗符號之間的干擾，也可以讓頻譜更高效。而且用離散傅里葉的轉(zhuǎn)變作為其調(diào)制/解調(diào)部分的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。該方案與OFDM比較，并不要加上發(fā)射或接收機(jī)器，所以研究價值在移動中體現(xiàn)[4?5]。

碼片級的差分檢驗(yàn)當(dāng)初是在直接的序列擴(kuò)頻中出現(xiàn)的。這種方式跟以前的各種檢驗(yàn)方式有很大不同，以擴(kuò)頻碼片為基礎(chǔ)。目前，在假設(shè)信道的衰落參數(shù)己知的情況下，基于對系統(tǒng)性能的相干檢測實(shí)現(xiàn)對多載波頻域擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能研究。但是，目前主要采用基于導(dǎo)引符號輔助的信道估計獲得信道數(shù)據(jù)。所以，針對如何分析多載波頻域擴(kuò)頻里面的信道估計，本文把檢驗(yàn)的方式直接運(yùn)用到其中，在沒有進(jìn)行信道參數(shù)的確認(rèn)時，探討了以差分檢測為基礎(chǔ)的多載波頻域擴(kuò)頻系統(tǒng)的功能。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法可以減少載波間干擾對碼片級差分檢測的影響，改善了在時間選擇性較強(qiáng)的多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測信道中的性能。

1 多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測系統(tǒng)模型

為了不讓符號之間有干擾存在，就添加一個保護(hù)的時隙，此時的OFDM各采樣的差距就是[Ts=T（N+G）]。

在這里采用頻率選擇的衰落信號形成延遲線信道的基本模型，抽頭相差[Ts，]最大的多徑時延小于或等于[LTs，]具有普遍性，如果信道具備等功率延遲分布而且每徑功率是[1L，]也設(shè)定[G>L，]可以不去考慮多徑信道帶來的符號之間的干擾問題。

在圖1（b）的接收機(jī)中，去掉接收數(shù)據(jù)符號里面的保護(hù)時隙，而后針對接收到的第[i]個OFDM符號運(yùn)行[N]解調(diào)在DFT上運(yùn)行的信息。本文將重點(diǎn)放在了對頻域擴(kuò)頻碼片級差分的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)中的問題，所以如果運(yùn)行時不注重信道在時間上的選擇，同樣會覺得發(fā)送信號經(jīng)過了時間平坦?頻率選擇性的衰落[6]，因此在第

對該判決變量[Ξ，]在文獻(xiàn)[6]中提到通過判決變量的矩生成函數(shù)進(jìn)行誤碼率分析的方法，而該方法需要得到[u]的平均值以及相關(guān)矩陣。因?yàn)閇HR，I，][HI，l]是信道頻率響應(yīng)的實(shí)部以及虛部，另外，信道時域沖激響應(yīng)中每徑都是均值為零的高斯過程，既然這樣，[HR，I，][HI，l]的均值也應(yīng)該是零，這時[NR，I，][NI，l]是高斯白噪聲的實(shí)部以及虛部，它的均值是零，所以[u]的均值矢量是[4（N+1）]的全零列矢量，即[Eu=[0]4（N+1）×1]。具備等功率延遲分布的信道頻率相關(guān)函數(shù)是：

3 數(shù)值運(yùn)算及仿真實(shí)驗(yàn)

數(shù)值運(yùn)算及仿真實(shí)驗(yàn)時采用的系統(tǒng)參數(shù)為： 參考802.l1a中一個OFDM符號周期的數(shù)據(jù)符號，其中，[T=3.2 ]μs，作為無信道的編碼數(shù)據(jù)來源， Walsh?Hadamard （W?H）碼的長度為64，作為擴(kuò)頻序列。多載波頻域?qū)?yīng)的擴(kuò)頻系統(tǒng)的子載波數(shù)[N=64，]保護(hù)時隙長度[G=16]可有效地抑制符號間的干擾。采用等功率延遲信道作為仿真信道，并不會影響到分析問題時的一般性，用[L]表示多徑數(shù)目，用[Ts]表示每徑時延，用[1L]表示每徑功率，[L

圖2給出了在不同多徑數(shù)目[L]中的頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測數(shù)據(jù)分析以及仿真結(jié)果。信道中多普勒的頻移設(shè)為100 Hz，那么根據(jù)不同的信道中碼片級差分的檢驗(yàn)性能就會做不同的試驗(yàn)，多徑的數(shù)量增加以后，信道的相干帶寬減少，多徑數(shù)目是6時，帶寬最小，這個時候得到的值是15 kHz，對應(yīng)的子載波間隔為[1T]=6.25 kHz，此時滿足差分檢測的條件，即子載波間隔不超過信道相干帶寬。

從圖3可以看出，隨著[fdT]變大，系統(tǒng)誤碼率性能越來越差。當(dāng)[fdT≤0.01]時，系統(tǒng)誤碼率的性能基本上不發(fā)生變化。當(dāng)[fdT>0.1]時，信道會在時間選擇性衰落上表現(xiàn)得非常嚴(yán)重，此時多普勒頻移的載波間干擾就會對多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測的性能有很大影響。要使[fdT>0.1]的信道衰落情況出現(xiàn)的概率變小，應(yīng)當(dāng)設(shè)置符號時間[T]的數(shù)量級為微秒。因此，當(dāng)[fdT<0.01]時，載波間干擾對多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測性能的影響不大。

從上述理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看， 系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步改善的前提條件是：隨著信道徑數(shù)[L]的不斷增加，信道相干帶寬越來越小。當(dāng)[L]=6，同時信噪比的值為20 dB時，系統(tǒng)誤碼率的數(shù)值己經(jīng)達(dá)到10-6量級，此時的信噪比為25 dB。準(zhǔn)確的誤碼率性能是無法得到的，應(yīng)為仿真的時間太長了，因此，只能給出理論分析的結(jié)果。利用整個傳輸帶寬中所有碼片上的信息，頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測才能順利進(jìn)行，利用解擴(kuò)累積信號能量得出精準(zhǔn)的判決變量。如果信號衰落了，就可以從整個的傳輸帶寬中看見，帶寬比較小的信道中，衰落聯(lián)系很少，也很少有受到衰落影響的碼片。所以，解擴(kuò)并積累輸出變量才能讓差分檢驗(yàn)功能提升。

4 結(jié) 論

本文利用鞍點(diǎn)近似分析了碼片級分差檢驗(yàn)中的誤碼率，也同時做了相關(guān)的仿真測試，最終的理論與測試結(jié)果是近似一致的。仿真研究結(jié)果表明，多載波頻域擴(kuò)頻碼片級差分檢測在相干帶寬較小的信道中體現(xiàn)出更好的性能的前提是必須具有抵抗時間平坦?頻率選擇性衰落的特質(zhì)。

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