軟判決譯碼在多進(jìn)制擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉若劉若芃，劉勝利，王鵬毅，王西奪

(1.中國電子科技集團(tuán)公司 第54研究所，石家莊 050081；2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094)

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通信作為傳輸信息的手段，被研究者寄予厚望。而通信研究者都有著美好的理想，希望能實(shí)現(xiàn)高速的信息傳輸、交換和存儲等一系列數(shù)據(jù)處理方式，還能同時在任何通信狀況下都能對信息進(jìn)行準(zhǔn)確的傳輸，能兼顧通信效率和抗干擾能力。但是隨著波特率提升，每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增加，信號狀態(tài)的變化頻率也隨之增高，而頻率高的信號更容易受到噪聲和外界干擾等因素的影響，抗干擾能力降低。二者在某種程度上來說是一對相互制約的指標(biāo)。

為對抗外部干擾，當(dāng)前的抗干擾技術(shù)主要有[1]：糾錯編碼技術(shù)、擴(kuò)展頻譜技術(shù)、波束成形技術(shù)和分集技術(shù)等等。文章就信道編碼技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)展開研究，以抵抗惡劣信道環(huán)境下的干擾，在保證一定傳輸速率條件下，實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳輸。

擴(kuò)頻通信技術(shù)由于其抗干擾、抗截獲能力強(qiáng)，可以在強(qiáng)噪聲環(huán)境下進(jìn)行通信，因此在軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是擴(kuò)頻通信技術(shù)優(yōu)秀的抗干擾和抗截獲能力的代價是信號頻帶的拓寬。在頻帶受限的場合中傳統(tǒng)的擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用就受到了限制，而多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)能很好的平衡抗干擾能力和傳輸速率之間的矛盾[2]。

多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)是以分組編碼的形式完成對信息序列的擴(kuò)展，因此在獲得擴(kuò)頻增益的同時也獲得了編碼增益。為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的誤碼性能，采用軟判決方式完成數(shù)字調(diào)制的解調(diào)輸出進(jìn)而傳輸給信道譯碼器[3-5]。

多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，如IS-95系統(tǒng)中采用的是64進(jìn)制正交擴(kuò)頻技術(shù)。絕大多是應(yīng)用的多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)制數(shù)較小，與擴(kuò)頻進(jìn)制數(shù)較小的多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)相比，長度長、擴(kuò)頻進(jìn)制數(shù)較大的多進(jìn)制擴(kuò)頻具有更高的傳輸效率，更好的組網(wǎng)性能[1]。因此，擴(kuò)頻進(jìn)制數(shù)較大的多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)對于用戶數(shù)升高、頻譜資源緊缺的情況具有重要意義。

糾錯編碼模塊能提高系統(tǒng)傳輸信息的可靠性，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)是一個本身就具有抗干擾作用的系統(tǒng)，如果在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中應(yīng)用糾錯編碼模塊，便可以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的抗干擾能力[6-8]。

在接收端的解調(diào)和譯碼過程中，根據(jù)對接收碼元處理方式的不同，可以分為硬判決和軟判決兩種[5]。二者對接收碼元的處理不同，輸出結(jié)果所包含的信息也不同。硬判決譯碼直接對接收波形中的信息做出最佳判決，將這個結(jié)果送入譯碼器；而軟判決譯碼則是對接受波形送給譯碼器一個“不同輸入符號的可能性”，將這個信息與編碼信息綜合到一起再送入譯碼器。軟判決譯碼將會比硬判決譯碼方式得到額外的編碼增益[9-10]。

多進(jìn)制擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中同步模塊是其中的關(guān)鍵模塊，當(dāng)擴(kuò)頻進(jìn)制數(shù)較大時，系統(tǒng)的規(guī)模將相當(dāng)龐大，而且同步模塊也將非常復(fù)雜，所以，研究的重點(diǎn)之一便是降低系統(tǒng)的規(guī)模[1]。

仿真實(shí)驗(yàn)如下：

1)多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)與傳統(tǒng)直擴(kuò)系統(tǒng)(DSSS)的誤碼性能對比試驗(yàn)；

2)對接收端信號提取軟信息后直接判決系統(tǒng)與直接硬判決的誤碼性能對比試驗(yàn)；

3)系統(tǒng)參數(shù)不變，加入卷積編碼軟判決譯碼對的多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼性能進(jìn)行對比；

4)考慮到編碼效率，單獨(dú)的分析軟判決和硬判決對系統(tǒng)的誤碼性能對比試驗(yàn)；

研究將基于如何降低系統(tǒng)規(guī)模，簡化同步過程，提升系統(tǒng)誤碼性能三方面全方位對比分析，以提升系統(tǒng)性能為最終目的，得到了如下結(jié)論：

由于多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)得到了編碼增益，系統(tǒng)的誤碼性能在誤碼率為BER=1×10-3時，有0.7 dB的增益；系統(tǒng)在未加入信道編碼直接對接收端信號提取軟信息后判決比直接判決的誤碼性能有0.2 dB左右的增益；系統(tǒng)參數(shù)不變，分析加入卷積編碼后系統(tǒng)軟判決譯碼比硬判決譯碼有XXdB左右的提升，軟判決譯碼比DSSS系統(tǒng)有5.2 dB左右的提升；考慮編碼效率時，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行改變后的系統(tǒng)在信噪比較低時誤碼性能劣與DSSS，而在信道狀況較好的環(huán)境中，當(dāng)誤碼率為BER=1×10-3時，軟判決譯碼系統(tǒng)的誤碼性能有大約2.5 dB的提升，軟判決譯碼比硬判決譯碼系統(tǒng)的誤碼性能有大約0.7 dB的提升[11-15]。

1 多進(jìn)制擴(kuò)頻和解擴(kuò)原理

多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)流程如圖1所示。多進(jìn)制擴(kuò)頻實(shí)際上可以看做一種(N，k)編碼。k位信息碼有M=2k個狀態(tài)，該系統(tǒng)稱為M進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)。k位信息碼用長度為N的擴(kuò)頻碼來表示，M進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)需要M條長度為N的擴(kuò)頻碼Ci(i=0，1，…，M-1)分別代表信息碼的M個狀態(tài)，且一一對應(yīng)[1]。

圖1 多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射端框圖

Ci(i=0，1，…，M-1)可以表示為：

(1)

其中：gc(t)為門函數(shù)，在0≤t

(2)

(3)

其中：T=kTa=NTc為偽碼周期，Tc為偽碼碼片寬度，N為偽碼長度。采取的信息碼與擴(kuò)頻碼對應(yīng)方式為：k位信息碼的加權(quán)值j：

(4)

與對應(yīng)下標(biāo)的偽碼Cj(t)(j=01，…，M-1)對應(yīng)，即完成多進(jìn)制信息擴(kuò)展。

多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)射端部分模型如圖1所示。圖1僅為一個用戶的多進(jìn)制擴(kuò)頻部分的模型，若考慮多個用戶時，其他用戶的模型與此相同，每個用戶被分配一個正交地址碼，且載波相同。

多進(jìn)制擴(kuò)頻實(shí)際上是一種線性分組碼，因此會比傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻獲得額外的編碼增益，誤碼性能得到提高[6]。

2 生成擴(kuò)頻碼組的方式

系統(tǒng)采用(1 024，10)多進(jìn)制擴(kuò)頻，由于擴(kuò)頻碼的數(shù)量很龐大，找到1 024條相關(guān)特性優(yōu)秀的偽隨機(jī)序列是一件相當(dāng)困難的事情。為了簡化尋找擴(kuò)頻碼的難度，更重要的是為了降低系統(tǒng)的規(guī)模，將采用一條優(yōu)選偽隨機(jī)序列的1 024個不同的相位來表示1 024條偽隨機(jī)序列的方式[16-18]。

如何形象地說明這個過程呢？或許可以將優(yōu)選偽隨機(jī)序列循環(huán)移位的過程類比到多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)調(diào)制過程：

ek(t)=Acos(ωct+θk)k=1，2，…，M

(5)

A為一常數(shù)，θk為一組間隔均勻的受調(diào)制相位，載波相位通過θk的變化改變而改變。

類比到(N，k)多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼組生成過程中，便可將其均勻地分為θk(k=1，2，…，N)，這里的θk指的便不是相位，而是一個偽碼碼片，每改變一次，得到一個新的擴(kuò)頻碼序列，過程如圖2所示。

圖2 偽碼序列示意圖

選定一條優(yōu)選m序列C0，序列中各個碼片的編號依次為m0，m1，…，m1023，如圖2所示。箭頭即代表相位移動方向[19-20]。

3 同步

同步是整個擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分也是研究的難點(diǎn)，同步性能的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)能否準(zhǔn)確地傳輸信息[10，21]。提出了兩種同步的方法：一是同步頭同步法，二是參考信號同步法，二者都有自己的優(yōu)勢和劣勢，因此將對二者進(jìn)行性能對比。

3.1 同步頭同步法

同步頭同步法是一種內(nèi)置同步信息的同步法。同步頭法是把具有同步信息的碼字頭置于擴(kuò)頻信號的前部或者在傳輸信息過程中把同步碼字離散放入信息中。在系統(tǒng)接收端，利用同步頭的相關(guān)性，識別出同步頭碼字，完成信息的捕獲，收發(fā)兩端取得同步[8]。

對于同步頭同步法中同步碼字的選擇，可以選擇與信息碼相同的編碼也可以選擇一段較為獨(dú)特的碼字[1]。若選擇與信息碼相同的編碼，在后面的同步電路和解擴(kuò)電路的相關(guān)器可以使用同一組，系統(tǒng)規(guī)模得到降低，但是如果使用一段新的碼字，選擇的同步碼自相關(guān)性較好，電路模型簡單明了，雖然同步性能可以得到很大提高，但是需要兩套相關(guān)器，系統(tǒng)模型較為復(fù)雜。在多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)中，為降低系統(tǒng)誤碼率，選擇與信息碼相同的編碼。

同步頭同步法就是在發(fā)送數(shù)據(jù)流之前先發(fā)送一段周期的引導(dǎo)碼，將會降低建立碼字同步的難度。即與引導(dǎo)碼相關(guān)峰值連續(xù)出現(xiàn)便可判定建立同步。在這個過程中，關(guān)心的是“是否出現(xiàn)相關(guān)峰”，而不是“相關(guān)峰值比大選擇”，因此，重要的是捕捉到超過門限值的信號[12]。如圖3中右側(cè)所示，在接收端接收到的信號，含有同步信息，接收端本地有同步頭碼字集合進(jìn)行相位搜索。經(jīng)過“積分清洗”模塊后得到一個相關(guān)值，此值若超過門限值，計(jì)數(shù)器加一，若低于門限值，繼續(xù)搜索；且如果沒有連續(xù)10次超過門限值，計(jì)數(shù)器歸零，重復(fù)上述過程，直到計(jì)數(shù)器為10時完成捕獲[2，12]。系統(tǒng)模型如圖3所示。

圖3 同步頭同步法多進(jìn)制擴(kuò)頻硬判決系統(tǒng)發(fā)射端和接收端

3.2 參考信號同步法

參考信號同步法是一種外置同步信息的同步法，是在信號發(fā)射端發(fā)射待發(fā)送信號時，另一路同時發(fā)送一路參考信號，這兩路信號在信道中一直是相對同步的，因此就將找到信號路的同步問題轉(zhuǎn)化成了找到參考信號路同步的問題[5]。首先找到長度較短的參考信號路的碼元起始位置，再根據(jù)這個參考信號路進(jìn)一步找到信號路的碼元同步。簡化了對信號直接進(jìn)行碼元同步的難度。在選取參考信號時，選擇長度僅為一個偽碼碼片，大大降低了系統(tǒng)同步問題的難度。因?yàn)樵谶M(jìn)制數(shù)較高的系統(tǒng)中，如何降低系統(tǒng)復(fù)雜度是一個關(guān)鍵問題，關(guān)系到是否能硬件實(shí)現(xiàn)，因此，選擇外置同步序列——參考信號同步法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。系統(tǒng)模型如圖4所示。

圖4 參考信號多進(jìn)制擴(kuò)頻硬判決系統(tǒng)發(fā)射端和接收端

圖4中，由信源產(chǎn)生兩路隨機(jī)信號，一路作為信號路，另一路作為參考信號路，二者分別進(jìn)行信道編碼，然后數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換，變?yōu)閗比特并行的數(shù)據(jù)流，按照式4中的規(guī)則從擴(kuò)頻碼集中選擇對應(yīng)的擴(kuò)頻碼完成擴(kuò)頻，后經(jīng)過載波調(diào)制發(fā)射信號可表示為：

S(t)=CIj(t) cos(2πfct)-CQj(t) sin(2πfct)

(6)

式中，CIj(t)和CQj(t)分別是信號路和參考路碼流擴(kuò)頻后偽隨機(jī)碼Cj(t)經(jīng)脈沖成型后的波形信號。

發(fā)射信號m(t)經(jīng)加性高斯白噪聲信道(AWGN，additive white gaussian noise)到達(dá)接收端后可以表示為：

r(t)=S(t-τ)+n(t)

(7)

n(t)為均值為零功率譜密度為N0/2的高斯白噪聲，τ則為傳輸時延。

4 誤碼性能分析

當(dāng)假設(shè)系統(tǒng)中的K個用戶之間的信號有隨機(jī)的時間延遲，且各個用戶的信號功率相等，考慮高斯白噪聲(AWGN)和多址干擾(MAI)時，M進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼率公式為[6]：

(8)

(9)

多進(jìn)制擴(kuò)頻每M個進(jìn)制符號對應(yīng)log2M比特，解擴(kuò)譯碼器誤判一次對應(yīng)著log2M比特的錯誤，求得多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)誤比特率為：

(10)

在考慮AWGN和MAI時，直接擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼率公式為：

(11)

多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)誤碼率的降低是通過編碼增益獲得的。通過公式(10)和公式(11)可知，當(dāng)進(jìn)制數(shù)M較小時，傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻系統(tǒng)和多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼性能相差不大，而在一定信噪比范圍內(nèi)，M增大也就對應(yīng)著多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的誤碼性能優(yōu)于傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻系統(tǒng)[7]。

5 譯碼判決

5.1 卷積編碼

卷積編碼是一種非分組碼。在分組碼中，編碼器產(chǎn)生的一個碼組的n個碼元完全由此時間內(nèi)k比特的輸入，但卷積編碼在編碼時不僅與當(dāng)前k比特信息有關(guān)還與之前(N-1)個k比特信息有關(guān)，因此卷積編碼更適合于前向糾錯，譯碼算法基于網(wǎng)格圖或者樹狀圖來設(shè)計(jì)，在編譯碼器復(fù)雜度相同情況下，卷積碼性能優(yōu)于分組碼并且相對于分組碼，卷積編碼的軟判決譯碼更容易實(shí)現(xiàn)。

5.2 改良的軟信息提取算法

接收端根據(jù)多路匹配濾波器輸出的信號進(jìn)行比大，對調(diào)制輸入信號做出最佳判決，匹配濾波器的輸出最大值就作為判決結(jié)果送入譯碼器，譯碼器再對其進(jìn)行判決以糾正解調(diào)器可能發(fā)生的錯誤判決。按照這種方式進(jìn)行判決的方式就稱為硬判決，如圖4中解調(diào)端部分所示。

硬判決方式的優(yōu)點(diǎn)是易于工程實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是浪費(fèi)了一部分有用信息，使得譯碼性能不高，性能方面要損失2～3 dB的編碼增益 ，尤其是在信道原始誤碼率不高的情況下。

軟判決譯碼幾乎可以提供最佳的譯碼，性能遠(yuǎn)優(yōu)越于硬判決譯碼。

(12)

式中，

(13)

如果采用對數(shù)似然比軟信息提取，算法的計(jì)算復(fù)雜，電路實(shí)現(xiàn)困難，將利用式(13)的近似關(guān)系，采用一種次最佳提取軟信息的算法，其復(fù)雜度大大降低，效果也很好。

(14)

按式(14)的近似關(guān)系式(12)變?yōu)閇16]：

(15)

將式(13)代入式(15)：

(16)

(17)

對D進(jìn)行如下分組：

(18)

獲得第j比特軟信息為：

(19)

歸一化為：

(20)

其中：

(21)

5.3 卷積編碼Viterbi算法

卷積編碼的描述，習(xí)慣用圖解或樹狀圖的方式，因?yàn)椴幌穹纸M碼那樣，沒有擁有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)。以(2，1，3)卷積碼為例，典型的卷積碼網(wǎng)格圖可如圖5所示。

圖5 (2，1，3)卷積編碼網(wǎng)格圖

卷積編碼的過程可以理解為輸入的信息控制在網(wǎng)格圖中的一條路徑。而在網(wǎng)格圖中求它的對數(shù)似然函數(shù)累加最大，也就是漢明距最小的路徑則是卷積碼的最大似然譯碼。

卷積編碼的譯碼有Viterbi譯碼、門限譯碼、序列譯碼3種方式，而在這其中Viterbi譯碼的譯碼性能最優(yōu)，因此，將采用Viterbi譯碼算法進(jìn)行判決[15，20]。

1)Viterbi譯碼算法：卷積碼網(wǎng)格圖中有2k(N-1)種狀態(tài)，每節(jié)點(diǎn)同時引入引出2k個支路，假設(shè)譯碼器全零狀態(tài)為起始狀態(tài)，前(N-1)條連續(xù)之路構(gòu)成的路徑兩兩不相交，到第N個支路時，每支路均有2條延伸到第N級，此級上每兩條支路也均匯聚在一節(jié)點(diǎn)。在每次匯聚到一個節(jié)點(diǎn)的兩條路徑都進(jìn)行對數(shù)似然函數(shù)累加的運(yùn)算，然后取值大的留下。按上述方式逐級挑選后第N級只有2N-1條幸存路徑，路徑連同其對數(shù)似然函數(shù)累加值一起被存儲。上述操作可概括為"加-比-選"方式[18]。

2)Viterbi算法軟判決：相對于分組編碼，卷積編碼的軟判決與硬判決間的差別要小得多。卷積編碼的軟判決使用歐氏距離作為路徑的度量而不是漢明距離，這是與卷積編碼硬判決的最主要差別[21]。

因?yàn)樵?.2節(jié)可知，在輸入到譯碼器前信號已被處理成包含軟信息的信號傳輸給Viterbi譯碼器。

6 仿真結(jié)果及分析

在本節(jié)中，只考慮一個用戶的情況，為了清晰地對比同步方式的不同、是否加入信道編碼以及軟硬判決方式對系統(tǒng)誤碼性能的影響，使用MATLAB對在AWGN信道中系統(tǒng)的性能分別進(jìn)行對比仿真。仿真參數(shù)如表1所示，將使用Matlab進(jìn)行仿真，采用的信道編碼為(2，1，7)卷積編碼，采用(1 024，10)多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)。

表1 M-ary擴(kuò)頻通信系統(tǒng)仿真參數(shù)

6.1 多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)和傳統(tǒng)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

從第5節(jié)的公式可知，多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)在一定信噪比條件下的誤碼率要優(yōu)于傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻。

而由誤碼率圖像，圖6可知，當(dāng)誤碼率BER=1×10-3時，(1 024，1)系統(tǒng)的誤碼性能要優(yōu)于傳統(tǒng)直接擴(kuò)頻系統(tǒng)約0.7 dB的增益。

圖6 (1 024，1)與DSSS誤碼率對比

當(dāng)系統(tǒng)采用(1 024，10)多進(jìn)制擴(kuò)頻時，由第4節(jié)的公式(10)與公式(11)可知，系統(tǒng)的誤碼性能優(yōu)于DSSS的部分為多進(jìn)制擴(kuò)頻的編碼增益。由圖7與圖6的對比可知，當(dāng)誤碼率BER=1×10-3時，(1 024，10)多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)比DSSS系統(tǒng)的誤碼性能有約4.2 dB的增益，(1 024，10)對比(1 024，1)系統(tǒng)有約3.5 dB的增益，這3.5 dB的增益便來自于編碼獲得的增益。

圖7 (1 024，10)與DSSS誤碼率對比

6.2 卷積編碼軟判決譯碼對系統(tǒng)的誤碼性能

對接收到的信號直接進(jìn)行硬判決解擴(kuò)和對接收到的信號提取其軟信息后再進(jìn)行硬判決解擴(kuò)兩種方式的誤碼性能差別不大，提取到軟信息后再硬判決的方式，沒有充分利用到軟信息所包含的“可能性信息”這一特點(diǎn)，所以性能并沒有很好的得到提升，如圖8所示。因此，繼續(xù)將卷積編碼和軟判決譯碼結(jié)合到一起。

圖8 (1 024，10)系統(tǒng)硬判決與提取軟信息硬判決誤碼率對比

當(dāng)系統(tǒng)加入(2，1，7)卷積編碼后，性能得到了很大的提升，信道譯碼方式選擇硬判決或軟判決的誤碼性能對比如圖9所示。由圖9可知，加上卷積編碼后整個系統(tǒng)的誤碼性能要比多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)好，有大約5.2 dB的增益，而采用軟判決譯碼比采用硬判決譯碼的性能提升大概1 dB。

圖9 加卷積編碼系統(tǒng)的誤碼性能

從圖10可以直觀地看到采用軟判決譯碼和多進(jìn)制擴(kuò)頻后的系統(tǒng)比DSSS系統(tǒng)的誤碼性能有很大的提升，當(dāng)誤碼率為BER=1×10-3時，系統(tǒng)的誤碼性能有5.2 dB左右的提升。

圖10 (1 024，10)系統(tǒng)(2，1，7)軟判決譯碼誤碼性能

6.3 軟判決譯碼的誤碼性能

從6.2中可以看到當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)不變時對整個系統(tǒng)的誤碼性能的改善。但是，反觀卷積編碼的原理，可以看到，例如將采用的(2，1，7)卷積編碼，將一比特數(shù)據(jù)編碼為2比特，也就是說，編碼效率為1/2事實(shí)上，是將數(shù)據(jù)速率提升了兩倍，因此，若想更加直觀地觀察到卷積編碼，或者說軟判決譯碼和硬判決譯碼對相同“有效數(shù)據(jù)率”系統(tǒng)的誤碼性能對比，需要將加入卷積編碼的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率減半后再進(jìn)行觀察。

考慮到有效數(shù)據(jù)利用率這個概念后，系統(tǒng)參數(shù)將按表2所示進(jìn)行修改后進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

表2 M-ary擴(kuò)頻卷積編碼通信系統(tǒng)仿真參數(shù)

按照表2將參數(shù)進(jìn)行修改后，系統(tǒng)仿真得到的結(jié)果如圖11所示。由圖11可以看到單純的卷積編碼對有效數(shù)據(jù)碼的誤碼性能不是在任何信噪比下性能都會得到提升，在信噪比較低的情況下，系統(tǒng)的誤碼性能不升反降，當(dāng)信噪比提高到某一值之后，系統(tǒng)的性能才得到提升。因此可以得出結(jié)論：卷積編碼下的多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)適合于信噪比較高的信道中，在低信噪比的信道中反而會使系統(tǒng)的誤碼性能惡化。在誤碼率BER=1×10-3時，大約有2.5 dB的增益，這2.5 dB完全來自卷積編碼和軟判決譯碼；軟判決譯碼比硬判決譯碼的誤碼性能提升了大約0.7 dB。

圖11 考慮編碼效率軟、硬判決誤碼性能對比

7 結(jié)束語

隨著對無線通信設(shè)備的需求增多，無線頻帶越來越擁擠，空間中各種干擾日益增強(qiáng)。希望能在保證信息傳輸速率的同時提升系統(tǒng)的抗干擾能力?？紤]到在系統(tǒng)中加入多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)、信道編碼技術(shù)以及軟信息譯碼技術(shù)。為降低計(jì)算量，便于硬件實(shí)現(xiàn)，首先提出了一種通過相位移動得到數(shù)量巨大的一組正交的擴(kuò)頻碼序列，進(jìn)而由于最大似然算法的超大計(jì)算量提出了一種次最優(yōu)的最大似然軟信息提取算法。并將二者應(yīng)用到多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)卷積編碼軟信息進(jìn)行譯碼的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的誤碼性能得到很大的提升，且計(jì)算量和實(shí)現(xiàn)難度也適中，基本符合前期理論分析與設(shè)想。為進(jìn)一步分析軟信息譯碼對系統(tǒng)誤碼性能的影響，人為去除了卷積編碼的編碼效率這一變量，得出結(jié)論：多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)可以多進(jìn)制擴(kuò)頻可以有效的實(shí)現(xiàn)處理增益和傳輸帶寬之間的折中；卷積編碼在通信系統(tǒng)中進(jìn)行差錯控制，不僅可以達(dá)到提高傳輸可靠性的目的，還節(jié)省了頻譜資源；軟信息譯碼使得接收端充分利用接收信號有用信息，即可能性信息，使系統(tǒng)的誤碼性能進(jìn)一步得到提升。通過上述實(shí)驗(yàn)，采用多進(jìn)制擴(kuò)頻卷積編碼軟信息譯碼系統(tǒng)對提升系統(tǒng)的誤碼性能是非常有用的。在理論上，系統(tǒng)復(fù)雜度還是計(jì)算量都適中，因此在硬件上也較容易實(shí)現(xiàn)。