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论文研究-基于Chirp-BOK-DQPSK调制的超宽带无线通信系统.pdf 评分

针对普通的Chirp-BOK调制效率不高的问题,设计了基于Chirp-BOK-DQPSK调制的超宽带(UWB)无线通信系统,推导与验证了该系统在AWGN信道下的误比特率,分析了该系统在多径环境下存在较大码间干扰的原因。最后通过仿真分析比较了该系统和Chirp-BOK-UWB系统、Chirp-BOK-DBPSK-UWB系统在IEEE 802.15 SG4a给出的CM1和CM7信道下的性能。仿真结果表明,该系统在牺牲一定误码率性能的情况下,能有效提高传输速率。
第8期 陈金玉,等:基于 Chirp-BOK- DQPSK调制的超宽带无线通信系统 3075 表1相位n与b3n-1、b3m+2的对应关系 (9) D 其中:Q是马库姆(Mmm)Q函数,定义为Q(x)=1 12丌 ∫e-"2d,x≥0,E/M为比特信噪比,p是相关系数。它定 7丌/4 义为 t)dt 2.2解调 (10) 图4是(hip-BOK- DQPSK-UWB系统的解调框图。接收 把 down-Chirp信号和up-Chip信号代入式(10)可得 信号和存储在缓存器的延迟信号匹配滤波后,平方器对定时抽 (C(√B2))2+(S(√r2)) 样值平方后分别输入到累加器1和2中,能量判决器根据累 RT 加器1的输出z()+x2(i)和累加器2的输出23()+z(i)值 而DOK调制的误码率为 的大小,确定接收信号是down-(li信号或是-Ci信号, Ppk=01(a,b)-1 lo(ab) 解调出b3,并指示选通器,把接收的信号迟延一周期后存储在 上扫频缓仔器或是下扫频缓仔器中;解调出的b,同时指示多其中:O1(u,b)是马库姆函数,(x)是零阶修正贝塞尔函数, 路选通器输出相对应的两路定时抽样值进行极性判决,再根据参数α和b定义为 映射关系解调出b1、b3n+2,最后并串变换输出解调数据,表2 」2 为判断规则 13 b= 匹冲波器定时抽样H[平方器 形相 z() 多路 把式(9)(12)代入式(8)可得Chip- BOK-DQPSK调制在 上扫飄缓存器 选通 x相2④互④ 器 AWGN信道下的理论淏码率为 匹配滤被器定时抛型方 CPFSK Pbok-dqpss =2( 2Q1(a,b)--(2+2)20(ab) 选器 判 匹配濾波器一定时抽押平方器 调决判 4移相 z(累 30(NM0(1-l01)-2(20(a,0) v4移相 换器/5撸 2+)21(ab)Q(12(1-1pl) 输出 图4 Chirp-BOK- DQPSK-UWB系统的解调 对于实际的无线传播信道,可以利用TEE802.15SG4a 表2解调判断规则 建议的多径信道延时模型,信道冲击响应如式(15)所示。 检测结果 h(1)=∑∑an,meP(声。,m)6(t-Tn-Tn,m)(15) 其中:{an,m是多径的系数,T。是第n簇的延迟时间,T灬m是第 n簇甲的第m径相对该簇的延迟,随机相位d服从(0,2π) 上的均匀分布。接收端的接收信号为 010 0 iT=7 丌(-iT-T-Tnm)+q1))ep(声nm)+n(4 l00 (16) 0 接收端用Kake接收机对信号进行接收。假设合并径数目 I10 >0 为L,并且信道特性已知,取信道分辨率t>T,对多径参量抽 111 样,可获得相互独立的多径分量参数为 3性能分析 (17) r+T 下面推导 Chirp-BOK-DQPSK-CWB调制在AWGN信道下 经L个匹配滤波器输出幅度相加后获得判决量x(i) ),3(i),z1(i),系统采用最大比率合并,并设滤波器抽头 的误码率。由于 Chirp-BOK-DQPSK调制是由正交调制和相位加权系数c=a1。则 调组合而成,所以当BOK调制的理论误码率为p,DQSK 调制的理论误码率为pm时,该系统的理论误码率可以表 x1(i)=Ca;+2C+∑an 述为 z2(i)=Ca+∑Cd+∑a Pbok-dgpak Phok +2((1-Phok )P 3()=Cn+∑C (18) ∑a Phek(1-Pdpsk))) (8) 由文献9,10]可知,BO相关解调时,其误码率为 z4(i)=Ca+∑Ca4+∑a'n 3076 计算机应用研究 如果发送信号瞬时频率变化为正,式(18)中判决量x(j 109 1,2,3,4)多项式的第一项为 10下华每 (19) Eb/No/dB Eb/Nold 0 图5AWGN信道下 Chirp-BO-图6CM1、CM7信道下 Chirp DOPSK-UWB、 Chirp-BOK-BOK- DQPSK-UWB、 Chirp UWB、 Chirp-BOK- DBPSK-UWB BOK-UWB、 Chirp-BOK 否则为 系统误码率性能比较 DBPSK-UWB系统误码率性能比较 C 0 5结束语 0 Es/2cos( u:) 木文利用 up-Chil信号和 down-Chirp信号良好的自相关 特性和推正交的互相关特性,提出了基于 Chirp- BOK-DQPSK C:=∑a2Es2sin(c:) 调制的LwB无线通信系统,设计了调制解调结构,推导了 当式(18)中的k≠时,该式中的第二项为码间干扰项。 Chirp-BOK-DQPSK调制在AWGN信道下的系统误码率,并分 主要是由与第i比特附近的第k比特的多径延迟信号和比特析∫在多径信道下影响系统性能的码间十扰间题。最后在 的各个多径分量所对应的匹配滤波器相关后,输出不为零引起TEE82.15SG4a建议的CM1和CM7信道下,仿真比较了该 的码间干扰。式(18)中第三项为系统噪声经过匹配滤波器的系统和 Chirp-BOK-LWR系统、 Chirp-BOK-DBPSK-UWB系统的 输出,因为系统噪声和匹配滤波器非相关,所以输出仍可认为性能。仿真结果表明,在高信噪比下,该系统能有效地提高信 是系统噪声。 息传输速率,但牺牲了一定的系统误码率性能。 参考文献: 4仿真结果 [1]贺鹏飞,超笕带无线通信关键技木研究[D].北京:北京邙电大 下面通过蒙特卡罗方法仿真获得(hip- BOK-DQPSK-UWB 学,2007 系统的性能,并同Chrp- BOK-UWB系统8和Chim- BOK-DB [2] LIU Hua-ping. Multicode ultra-wideband scheme using chirp wave- PSK-UWB系统”性能作比较。根据IEE建议,上述三种 forms[ J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications 2006,24(4):885-891 Chirp-UWB系统都工作在UWB的低频段(3.1~4.1GIz),信 [3]张鹏,基于Ch的超宽带通信技术研究[D].威都:电子科技 号时宽为T=1s,码片速率为1 Mchip/s,Chip扩频增益为 大学,2007 30dB,Chip- BOK-LWB系统Chi- BOK-DBPSK-UWB系统和「41王明,刘皓,基于QBOK调制的Chip超宽带系统设计与FPGA hin-BOK-DQPK-UWB系统传输的信息比特速率分别为1 实现[J.中国集成电路,2009(122):34-39 Mbs、2Mhs和3Mbps [5 ZHANG Peng, LIU Hao. An improve autocorrelation demodulation 图5为在AWGN信道下,传输30000个数据比特时 detector for a chirp UWR system[ C]//Proc nf International Confere hip-BOK- DBPSK-LWB系统误码率与信噪比的关系曲线。从 nee on Communications, Circuits and Systems. 2009: 227-230 图5可以看出,Chi-BOK- DQPSK-UWB系统误码率的仿真值 16 BROCATO R, HELLER E, WENDT J, ct aL. Ultra-wideband com munication using a SAW correlators zero-IF architecture C //Proc of 和理论值基本吻合(式(9)中相关系数p设为0.002)。在误码 IEEE Topical Conference on Wireless Communication Technology 率为10的条件下,该系统需要的信噪比为10.5dB,分别比 S.1.]: IEEE Press,2003:443-444 Chirp-BOK-UWB系统和 Chirp-BOK-DBPSK-UWB系统差了0.87]冯金,郑国莘ChmB0KBPK调制超宽带无线传输技术 dB和0.3dB,但信息比特速率分别是它们的3倍和1.5倍。 [J].应用科学学报,2008,26(2):123-126 在多径信道环境下,系统采用Rake接收合并多径分量,提8 COOKCE, BERNFELDM. Radar signals; an introduction to theory 高系统传输的可靠性。在仿真中,多径总数目L=50,选择多 d application M. New York: Academic, 1967 径分量能量最大的10条径进行合并,信道分辨率T=2,最9]补嘉,Cm超宽带通信的调制和时间同步技术研究[D],成都 大传输时延为4μs。图6为在802.15.SC4aCM1室内视距信 电子科技大学,2009 道和CM7工业视距信道下的系统误码率和信噪比关系曲线。 [10] PROAKIS JG. Digital communications[M].北京:电子工业出版 从图6中可以看出,误码率达到10时,在CM1信道下, Chirp「11 MOLISCH A F, BALAKRISHNAN K, CASSIOLI D,ea.IEEE BO- DQPSK-UWB系统误码率性能比 Chirp-BOK-UWB系统差 802. 15. 4a channel model final report, IEEE 802. 15-04-0662-01 7,北Chin-BOK- DBPSK-UB系统差3.5dB;在CM7信道 04aR].2004 下,比( Chirp-BOK-UWB系统差5dB,比 Chirp- BOK-DBISK-[121]贺鸚飞,吕英华,张洪欣,等。基÷Chi-BK调制的超宽带元 UWB系统差3dB 线通信系統研究[J.南京邮电大学学报,2006,26(2):21-25.

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