论文研究-基于脉冲调制的并行组合扩频通信系统性能研究.pdf

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为满足现代通信系统对通信的高效性和安全性的要求,提出一种基于脉冲调制的并行组合扩频通信系统,结合超宽带通信脉冲调制和并行组合扩频通信各自在保密性能和高效通信能力方面的优点,使新的系统可以同时具有高效的通信能力和良好的安全保密性能。设计、建立系统模型,并利用仿真软件对系统性能进行仿真和分析。仿真结果表明,基于脉冲调制的并行组合扩频通信系统在误码性能方面优于常规超宽带脉冲调制通信系统和常规正弦载波调制的并行组合扩频通信系统,并且可以通过并行组合扩频部分参数的设置提高系统的信息传输速率;验证了脉冲调制并行组合扩频通信系统良好的误码性能、信息传输能力和系统可行性。
2288 计算机应用研究 (a+1)Nc-1 Sr r(t)um(a)dt- 宽带系统,在误比特率为10时,前者所需信噪比要比后者低 5d左右。 D)T/AE, Ew[t-iT -C Tc -OMD'(r, t) 同时比较基于脉冲调制的并行组合扩频系统和常规正弦 w(t-jT-C Te-ms)dt t 载波调制的并行组合扩频系统的误比特性能,两者在并行组合 (n+1)N-1 扩频部分选取相同的参数,即都具有相同的信息速率。仿真结 JHtIn(t)u(i-jTr-CTc-m8)da 果如图8所示。由仿真曲线可知,基于脉冲调制的并行组合扩 整理、化简后为 频系统误比特性能略好于常规载波调制并行组合扩频系统,在 cN+N(t) MD(r, t)=m 误比特率为10时,前者的系统信噪比要比后者低1dB左右 (8) NCt MD'(r,t)≠m 图9为并行组合扩频部分可传送的信息比特数K随M、r 其中:N(1)是均值为0、方差为NN2的高斯随机变量。 值变化的曲线。由K=r+[log2CM可知,改变M和r的取值 以改变K的取值,如图9曲线所示。K值的不同对应系统不 同的信息传输速率,所以可以通过对参数M和r的设置来实 现系统高效的信息传输 主彐 Etm iii ,5 旧于就制妇井护垂比响常酒合画运锰息 星博及常佩植宽带瞳 精雷 特性 一0 图10为改变并行组合扩频部分的参数M所得曲线,只改 变扩频序列数目矿的取值,r值保持不变,则系统调制方式不 变,仍采用4PPM调制方式。由佟9和10曲线可知,r值相同 7租关枫板号彩 最大值选择器根据M个判决变量Zn的取值,选择最大的M值不同时,M值越大,系统每次发送比特数K值越大,但系 一个作为输出得到多值信号的估计符号,完成对TMPM狺统的误码性能却开始变差;同理,也可以通过改变r的取值或 号的解调。 同时改变M和r的取值来改变K的取值。 最后,将解调后的数据送入并行组合扩频基带效据解调部 分,进行序列一数据的逆映射,完成并行组合扩频信号的解并 扩,恢复出发送的原始信息数据。 3系统仿真及性能分析 根据图34所示基于脉冲调制的并行组合扩频通信系统 2上4 模型,利用 MATLAB仿寘软件建立系统仿真模型,进行系统性 E上专 能的仿真。为简化分析,假设系统收端、发送端已精确同步,信 不M值时系质囊正特打图腰 道中只存在加性高斯白噪声,无多径且单用户条件。 在扩频序列周期不变时,K值越大,说明系统的信息传输 系统仿真模犁选取扩频序列集合中正交扩频序列的数目速率越高,但系统性能会随之降低,符合通信系统有效性与可 为M=16,从中选取r=3个扩频序列,则每次发送的数据比特靠性之间的矛盾关系。所以,在满足一定误比特率等级要求的 K=3+[1g2C]=12bit;扩频序列洗择周期为63的平衡情况下,可以通过改变M或r的取值或同时改变M和r的取 ld序列,16选3所对应的输出和序列的取值为}±1,±3,值以获得不同的信息传输速率,实现信息的高效传输。同时, 取值变换后为10,1,2,3},是4值序列,所以系统采用TI系统采用窄脉冲传输信息,又可以获得较低的检测和截获概 4PM调制方式,7=3m,T=1m,5=0.25m,脉冲采用高斯率,提高系统的安全保常性能 脉冲的二阶导数形式。 在高斯白噪声信道条件下,系统的误比特率随信噪比变化4结束语 由线如图8所示。在图8中同时画出常规并行组合扩频系统 本文提出的基于脉冲调制的并行组合扩频通信系统,改变 和常规TH4PPM调制方式的误比特性能曲线。 传统并行组合扩频通信系统的连续正弦载波调制方式,采用超 基丁脉冲调制的并行组合扩频超宽带系统和常规超宽带宽带脉冲调制方式来传输信息,新的系统可以同时获得超宽带 系统在超宽带部分采用相同的参数,基带输入数据也采用相同通信良好的安全保密性能和并行组合扩频较高的通信效率,并 的信息传输速率,即都在63位扩频码元发送时间內传送12bit通过仿真研究和分析了系统的误码性能。 数据。由图8曲线可知,由于引入了扩频增益,基于脉冲调制 结果表明,在相同误比特率条件下,基于脉冲调制的并行 的并行组合扩频系统在误码性能上优于常规TH4PM调制超组合扩频通信系统 (下转第2296页) 2296 计算机应用研究 第28卷 样点数4096点,平滑窗长256,使用升余弦脉冲成形滤波器 滚降系数分别为0.1、0.30.50.7和0.9。图4为本文算法归 0 一化均方误差随信噪比变化图。 由图4可以看出,当滚降系数为0.9,信噪比为1dB以上 时,本文算法的归一化均方误差不高于10-;当滚降系数为0 币照平n跑 1以上,信噪比大于9B时,夲文算法可取得良好的估计 效果。 2恒处现司比真 在图1(a)中,信号的滚降系数为0.9,剩余带宽较大,环5结束语 谱f=f截面上位于符号速率处的谱线特征较明显,其对应的 恒包络处理后的信号循环谱∫=f。截面上位于符号速率处的谱 理想条件下,MBSK信号经过脉冲成形滤波器后,其循坏 线特征也较明显,如图2(a)所示。 谐f=f截面上有明显的包含信号符号速率的谱线特征、但是 在图1(b)中,信号的滚降系数为0.2,剩余带宽较小,循在实际的循环谱计算中数据总是有限的,当信号剩余带宽较小 环谱f=f截面上位于符号速率处的谱线特征不明显。信号经时,包含信号符号速率信息的谱线特征会被削弱而不利于算法 过恒包络处理后,循环谱∫=′截面上位于符号速率处的谱线计,本文提出了一种算法能够有效地减小剩余带宽对循环谱 特征较为明显,如图2(b)所示。通过仿真不难看出,在信号的 符号速率处的谱线特征的影响。在有限数据量条件下,当 剩余带宽较小时,恒包络处理有利于符号速率的估计。 MPSK信号剩余带宽较小时,仍能得到较好的估计性能。在本 实验2通过 MATLAB70软件仿直,比较本文算法与文文的算法中,信号的希尔伯特变换可用HT快速算法实现频 献[5]算法在不同滚降系数下符号速率估计的性能。仿真条域平滑周期图法可用FFT快速算法实现,因此本文算法在工 件:随机产生1000个MPK信号,采样率40MHz,载频10M,程实践中具有较好的应用价值。 符号速率2Ⅵ波特,采样点数4096点,平滑窗长256,使用升参考文献: 余弦脉冲成形滤波器,滚降系数由0.1至0.9,信噪比为5dB。[1] GARDNER W A. Measurement of spectral correlation[ J].lE 图3为信噪比为5dB时两种算法归一化均方误差比较图。 Trans on Acoustics Speech and Signal Processing, 1986, 34 由仿真可以看出,当信噪比为5邴,信号滚降系数为0.4 (5):1111-1123 以上时,本文算法的归一化均方误差不高于10,而文献[5] [2] GARDNER W A. SPOONER C M. Signal interception: perfarmance 算法的归一化均方误差高于10;当信号滚降系数为0.9时, dvantages of cyclic-featiIre detector[ J]. IEEE Trans on Acoustics 两种算法均可取得良好的估计效果。本文算法受剩余带宽变 Speech and Signal Processing, 1992, 40(1): 149-159 [3]史建锋,朱学良,冯辉,基于循环谱包络的BPSK码元速率估计算 化的影响小于文献[5]算法。 法研究[J].系统工程与电子技术,2007,29(2):186-188 「4黄春琳,柳征,姜文利,等.基于循环谱包络的扩谞直庶信号的码 片时宽、戟频、幅度估计[J.电子学报,2002,30(9):1353-1356 [5」张仔兵,李立萍,肖先赐.MPSK信号的循环谱检测及码元速估 计[J.系统工程与电子技术,2005,27(5):803-806 [6]张贤达,保铮,通信信号处理[M].北京:国防工业出版社,2000 [7] VUC IC. D, OBRADOVIC. M. Spectral correlation nf PSK signals[J] 均aa正6wym4 Nis Yugaslavia.l999,13(15):273-276 前书面两和算图4本国就海叫化均方 [8 GARDNER WA, BROWN WA, CHEN C K. Spectral corre lation of modulated signals: Part II-digital modulation[ J].IEEE Trans on 实验3用Ⅵ ATLAB7.0软件仿真本文算法在不同滚降 Communications, 1987, 35(6): 595-601 系数下符号速率估计的性能。仿真条件:随机产生1000个[9史建锋,来良学,有跟数括下循环谱的频域平滑对称式周期图估 MPK信号,采样率40MHz,载频10M,符号速率2M波特,采 计性能分析[J].数据采集与处理,2004,19(2):155-159 (上接第28页)所需信噪比较常规脉冲调制超宽带通信系统 cation.1992:227-230. 和正弦载波调制的并行组合扩频通信系统都有所降低,验证了[3] ZHU Jinl-kang. Proposal of parallel combinatory spread spectrum cull 融合超宽带脉冲调制和并行组合扩频技术的通信系统的可行 munication system[ J- IEICE Trans, 1991, J74-B ll(5): 227-230 性,为今后高效、安全通信系统的实现提供了依据。并且通过 4」郭黎利,衣强,李北明,基于r组合的并行组合扩频系扩频通信 改变并行组合扩频部分的系统参数M或r的设置,可以改变 究[J].信息传输与接入技术,2007.33(4):25-27 系统的信息传输速率以及误码性能,实现一定误码条件下的高5]王玫,郭黎利,于奇。基于改进r組合映射缟码并行组合扩频遥 信系统的分析[J」.舰船电子工程,2008,28(10):78-81 效信息传输。 [6] QI Xiau-dong, LUO Qiall, ZHAO Di, el uL. The improved detection 参考文献 algorithms of parallel combinatory spread spectrum signal[ C ]//Proe [1] ZHU Jin-kang. Properlies alndl application of parallel cotnbinalury SS of International Conference on Wireless Communications, Networking communication system[C]//Pror of the 2 nd IE.E Internatinnal Sym- and Mobile Cumlpuling. 2008: 1-5 posium an Spread Spectrum Techniques and Applications.1992:227-[7]葛利嘉,失林,袁晓芳,等超宽带无线电基础[M]。北京:电子工 业出版社,2006 [2] ZHU Jin-kang, MARUBAYASHI G. Properties and application of [8] HU Bo, BEACLIEU N C. Accurale performance evalualion uf Line parallel combinatory SS communication System[ C]//Proc of the 2nd hopping and direet sequence UWR system in multi-I1ser interference International Sy mposium on Spread Spectrum Techniques and Appli [JI. IEEE Trans on Communications, 2005, 53(6): 1053-1062

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