多脈沖組合調制超寬帶通信性能研究

多脈沖組合調制超寬帶通信性能研究

0 引 言
??? 超寬帶技術的主要特點是它的系統(tǒng)結構實現比較簡單，設備集成更為簡化；高速的數據傳輸，UWB以非常寬的頻率來換取高速的數據傳輸，在10 m范圍內的傳輸速率可達到500 Mb／s，是實現個人通信和無線局域網的一種理想調制技術。
??? UWB的調制及多址方式是其中的關鍵技術之一。調制方案的選擇影響信號功率譜密度的結構，如傳統(tǒng)調制方式：TH－PPM，TH-BPSK，DS-BPSK等，本文在文獻[2]研究多脈沖位置調制的基礎上，加入脈沖信號的極性調制，利用擴展等重碼(ECWC)構建了一種稱為雙極性多脈沖位置調制(MPPPM)的UWB跳時調制方案，并對其信號構建、調制做了設計，對其通信性能進行了分析與比較。

1 MPPPM信號模型
1．1 信號形式
??? MPPPM是一種多脈沖組合調制，它是普通單脈沖PPM和多脈沖PPM的推廣，允許每符號間隔有多個脈沖，它應用符號時隙幀中多個脈沖的位置和極性的不同組合傳遞信息，每個脈沖可以改變它的時隙位置和極性。
??? L維的MPPPM超寬帶跳時信號能被描述成多個脈沖放入到L個時隙中，在一個符號時間內的間隔是Ts=Nb×L×Tm，此時Nh是一個信號符號的每比特重復次數，Tm為脈沖響應的時間間隔。明顯地，把ω(l<ω??? 調制方式是將三進制的n元組v=(v1，v2，…，vn)，映射為由n個時隙組成的碼片時間Tc上同時出現的w個不同極性的脈沖信號，如圖1所示。其中Ts為符號時間；Tc為碼片時間；Tm為沖激脈沖持續(xù)時間。

??? 調制信號采用了二次重復編碼，分別表示(-1 0+1 0)和(0-1-1 0)兩個碼字。

1．2 信號通信系統(tǒng)結構
??? 圖2給出在結合多進制PPM和BPSK的TH-WUB中，UWB信號的發(fā)射方案。

??? 結合該模型，MPPPM跳時UWB信號的生成接收過程如下：給定待發(fā)送的L(假定L=2wCwn)進制序列B=(…，B0，B1…，Bi…)，其速率為RB=1／TB。圖2中的重復編碼器模塊使每一位重復Ns次，產生1個新的L進制序列B=(…，a0，a1，…，ai,…)，新的波特速率Ra=Ns／TB=1／Ts。這一過程屬于信道編碼，引入冗余有助于降低接收端的誤碼率。新序列a進入第2個模塊ECWC編碼器，序列a被映射為ECWC編碼，生成ECWC序列b=(…，b0，b1，…，bi，…)，其中，bi為擴展等重碼C(n，d，w)的相應碼字。映射信號b通過發(fā)送編碼器，應用跳時碼序列c=(…，C0，C1，…，Cj，…)產生1個新序列d，序列d的一般元素可表示為：

???
式中：bjk為第J個擴展等重碼碼字中的第k個元素；cj為序列c中的第j個元素，c通常為偽隨機序列，是分配給用戶的跳時碼。上述過程實現了碼分多址編碼，并對發(fā)射信號的頻譜產生影響。序列d進入的第4個模塊是MPPPM調制模塊，該模塊產生單位脈沖序列，并且這些脈沖被調制到時間軸上的位置為jTs+djk(0≤k≤n-1)。其中，Ts為符號時間。信道前的最后1個模塊是沖激響應為P(t)的脈沖形成濾波器，保證輸出序列沒有重疊。系統(tǒng)在信道前的發(fā)送信號為：

???

2 MPPPM的信號數據速率和AWGN信道下的誤碼率
2.1 理想信道下的信號數據速率
??? MPPPM的特性可以表示成在N個時隙下W個脈沖向量，向量的值為＋1或者－1，其余的N－W個時隙中為0。這向量可以表示的個數為：?
???
??? 因此，每一個時隙中代表的數據速率為：

???
??? 從文獻[4]中可以得到在最大數據速率情況下的N和W的關系為：

????

2. 2 AWGN信道下MPPPM的誤碼率
??? 為了簡化分析，假設系統(tǒng)在同一時刻只有一個用戶，高斯白噪聲信道是一的信號干擾。假設Tc/n≥Tm，這樣能夠避免相鄰脈沖之間的重疊，使各個脈沖之間滿足信號的正交性，基于上述假設來研究MPPPM信號的誤碼率。
??? 假設hq(1≤q≤n)表示第q位基本信號矢量，表達式為[0,0,…，1，…0］，其中1在該矢量的第q維，假設發(fā)送信號為Sl,接收機根據信號之間的最小歐幾里得距離進行判決；

???
??? 假設脈沖重復次數1，得到解調信號為：

???
??? 根據文獻[8,9]的方法，推導出MPPPM的誤碼率為：

???
??? 由于式(9)的誤碼率表達式很復雜，所以下面推導該誤碼率的上限表達式。兩個信號歐幾里得距離最短的情況是導致了誤碼率產生的主要因素，當信噪比很高的情況下，誤碼率的表達式可以表示如下：

???
??? 這里dmin是任意一對調制信號的最小歐幾里得距離，能夠表示為：

????

?在理想狀態(tài)下，所有的向量個數2wCwn都能被使用，但是由于最小漢明距離與更低誤碼率的關系，最小漢明距離越大，信號的誤碼率越低，只能選取其中一些有較大漢明距離的向量來使用。在這種情況下，這里MPPPM的最小歐幾里得距離表示成：

???
??? 式中；n，w分別為構建L進制MPPPM所選用的擴展等重碼的參數；n為發(fā)射接收信號矢量的維度；w為所使用的脈沖數。

3 數值比較結果
??? L—ary—SPPM，MPPPM的誤碼率隨信噪比的變化曲線如圖3所示，仿真參數設定為L=[2，4，8]，n=[2，2，3]，w=2。由圖可知，L進制SPPM和L進制MPPPM的性能有所提高。另外，L進制MPPPM的誤碼率比相應的L進制PPM低，只有2一PPlc’M的性能比8一SPPM的性能差些。

4 結 語
??? 本文利用擴展等重碼構建了一種稱為雙極性多脈沖位置調制(MPPPM)的UWB跳時調制方案，對其通信性能進行了分析與比較。結果表明，在一定的條件下，MPPPM調制技術能以較高的數據速率和較低的誤碼率得到比多脈沖位置調制和單脈沖多位置調制更好的性能。