多脈沖組合調(diào)制超寬帶通信性能研究

0 引 言

超寬帶技術(shù)的主要特點(diǎn)是它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)比較簡單，設(shè)備集成更為簡化；高速的數(shù)據(jù)傳輸，UWB以非常寬的頻率來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，在10 m范圍內(nèi)的傳輸速率可達(dá)到500 Mb／s，是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信和無線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。

UWB的調(diào)制及多址方式是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。調(diào)制方案的選擇影響信號功率譜密度的結(jié)構(gòu)，如傳統(tǒng)調(diào)制方式：TH－PPM，TH-BPSK，DS-BPSK等，本文在文獻(xiàn)[2]研究多脈沖位置調(diào)制的基礎(chǔ)上，加入脈沖信號的極性調(diào)制，利用擴(kuò)展等重碼(ECWC)構(gòu)建了一種稱為雙極性多脈沖位置調(diào)制(MPPPM)的UWB跳時(shí)調(diào)制方案，并對其信號構(gòu)建、調(diào)制做了設(shè)計(jì)，對其通信性能進(jìn)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(diào)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(gè)脈沖，它應(yīng)用符號時(shí)隙幀中多個(gè)脈沖的位置和極性的不同組合傳遞信息，每個(gè)脈沖可以改變它的時(shí)隙位置和極性。

L維的MPPPM超寬帶跳時(shí)信號能被描述成多個(gè)脈沖放入到L個(gè)時(shí)隙中，在一個(gè)符號時(shí)間內(nèi)的間隔是Ts=Nb×L×Tm，此時(shí)Nh是一個(gè)信號符號的每比特重復(fù)次數(shù)，Tm為脈沖響應(yīng)的時(shí)間間隔。明顯地，把ω(l<ω

調(diào)制方式是將三進(jìn)制的n元組v=(v1，v2，…，vn)，映射為由n個(gè)時(shí)隙組成的碼片時(shí)間Tc上同時(shí)出現(xiàn)的w個(gè)不同極性的脈沖信號，如圖1所示。其中Ts為符號時(shí)間；Tc為碼片時(shí)間；Tm為沖激脈沖持續(xù)時(shí)間。

調(diào)制信號采用了二次重復(fù)編碼，分別表示(-1 0+1 0)和(0-1-1 0)兩個(gè)碼字。

1．2 信號通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2給出在結(jié)合多進(jìn)制PPM和BPSK的TH-WUB中，UWB信號的發(fā)射方案。

結(jié)合該模型，MPPPM跳時(shí)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(jìn)制序列B=(…，B0，B1…，Bi…)，其速率為RB=1／TB。圖2中的重復(fù)編碼器模塊使每一位重復(fù)Ns次，產(chǎn)生1個(gè)新的L進(jìn)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(jìn)入第2個(gè)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(kuò)展等重碼C(n，d，w)的相應(yīng)碼字。映射信號b通過發(fā)送編碼器，應(yīng)用跳時(shí)碼序列c=(…，C0，C1，…，Cj，…)產(chǎn)生1個(gè)新序列d，序列d的一般元素可表示為：

式中：bjk為第J個(gè)擴(kuò)展等重碼碼字中的第k個(gè)元素；cj為序列c中的第j個(gè)元素，c通常為偽隨機(jī)序列，是分配給用戶的跳時(shí)碼。上述過程實(shí)現(xiàn)了碼分多址編碼，并對發(fā)射信號的頻譜產(chǎn)生影響。序列d進(jìn)入的第4個(gè)模塊是MPPPM調(diào)制模塊，該模塊產(chǎn)生單位脈沖序列，并且這些脈沖被調(diào)制到時(shí)間軸上的位置為jTs+djk(0≤k≤n-1)。其中，Ts為符號時(shí)間。信道前的最后1個(gè)模塊是沖激響應(yīng)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(shù)據(jù)速率和AWGN信道下的誤碼率

2.1 理想信道下的信號數(shù)據(jù)速率

MPPPM的特性可以表示成在N個(gè)時(shí)隙下W個(gè)脈沖向量，向量的值為＋1或者－1，其余的N－W個(gè)時(shí)隙中為0。這向量可以表示的個(gè)數(shù)為：

因此，每一個(gè)時(shí)隙中代表的數(shù)據(jù)速率為：

從文獻(xiàn)[4]中可以得到在最大數(shù)據(jù)速率情況下的N和W的關(guān)系為：

作者：周興旺，鄒傳云，倪 霞 西南科技大學(xué) 來源：現(xiàn)代電子技術(shù)