1 引言
随着无线通信业务需求的迅猛增长,可用频谱资源逐渐变得稀少。由于采用复合序列的直扩系统既具有扩频通信的特点,又具有频谱可控的能力,因此在频谱资源日益紧缺且授权频段利用率较低的情况下,将认知无线电技术与具有频谱可控能力的直扩系统相结合,可实现在有限频带范围内,认知用户与授权用户的信道共存,从而提高频谱资源的利用率。如果对复合序列采用码位移技术,则使得可用序列数量大大增加,进而实现系统容量的提高。
2 码位移复合序列
将扩频码在信息码片内做不同的位移,通过对其自身进行循环移位,从而得到多个具有良好相关特性的序列。多数情况下该基函数为一个二进制序列
为伪码长度。
令
序列左边端点为起始点,周期长为
根据传输信息的不同值,可将该
序列向右移位
个切普
序列的起始点就是距码片左端点
切普处。将码位移之前和之后的
序列分别同
序列进行复合,得到不同的
复合序列,为区分之前的复合序列,将采用码位移的
复合序列改写为
复合序列。循环码移位过程及对
复合序列进行码位移的过程分别如图1和图2所示:
由于
复合序列是由
序列(周期为
)与
序列(周期为
)经一次扩频复合生成的,
复合序列的自相关函数可表述为
式中:
复合序列的自相关函数;
序列的自相关函数;
序列的自相关函数。
周期为15的
序列与周期为8的
序列生成复合序列,由图3和图4为自相关函数特性仿真,由仿真结果可知,码位移前后复合序列的自相关特性没有发生改变,且主瓣的幅度远远大于旁瓣。
由图5和图6为互相关函数的仿真特性,由仿真结果可知,
序列的互相关函数有较大的旁瓣,而复合序列的互相关函数虽然旁瓣的幅度增大了,但其和主瓣的距离与原来相比被增大了8倍,其互相关特性明显提高。
3 具有信道共享能力的复合序列扩频通信系统
在认知环境下,将使用码位移技术生成的
复合序列应用于采用直扩方式的认知用户通信系统,可使认知用户在系统带宽内通过对扩频序列的控制,使信号频谱结构发生变化,从而实现与授权用户共享频谱。同时,通过采用码位移技术,使得在可用信号频谱结构较少的情况下,实现认知用户的高效通信。
3.1 系统结构
采用码位移复合序列的具有认知功能的扩频通信系统,如图7所示。
设由数据源输出的信息数据为
3.2 仿真与分析
3.2.1 系统误码率
在高斯信道中,同步锁定的情况下,对于采用不同周期长度的
复合序列的直扩系统在中频时(不考虑射频,中频载波 70MHz)的误比特率进行仿真。在内码采用同一个周期长度为8的
序列的条件下,对外码周期长度分别为7,15,31的序列进行码位移后,采用其中部分序列,利用软扩频方式分别传输2,3,4比特信息。其误码率曲线如图8所示。为了方便比较,图中还加入了普通直扩系统的误码率曲线。
由仿真结果可知,在传输2bit信息时,虽然系统的比特误码率不如普通直扩系统,但信息速率提高了一倍。但随着外码周期的增大,通过码位移产生的可用复合序列成倍增多,与普通直扩系统相比,一方面在误码率相同情况下,可使传输效率进一步增加,同时
随着传输效率的提高,而明显减少,另一方面由于扩频增益的提高,在
相同情况下,可使系统的比特误码率明显降低。这表明认知用户在带宽和频谱结构受限的情况下,可以采用码位移技术来提高通信容量,并且还能得到较好的抗噪声性能。
3.2.2 窄带授权用户兼容性能
当高斯信道中载频附近存在窄带授权用户时,分别对采用
复合序列的直扩系统与传统多进制扩频系统在信息传输速率相同情况下的误比特率进行仿真。两个系统的载频都为300MHz,信息传输速率为4Mbit/s。采用
复合序列的直扩系统,切普速率为1MHz,带宽为124MHz,其内码是周期长度为4位的
序列,外码是由周期长度为31位的
序列经过码位移后产生的16个序列组成。多进制扩频系统的切普速率为1MHz,带宽为127MHz,扩频序列是由16个周期为127位的
序列组成。信道中在310MHz~315MHz范围内,还有一个信噪比为15dB的授权用户。当认知用户分别采用
复合序列的直扩系统和能进行陷波处理的多进制扩频系统时,与窄带授权用户共享频谱的误码率曲线如图9所示。
由仿真结果可见,当信道中无授权用户时,采用
复合序列的直扩系统和多进制扩频系统的误码率曲线是近似的。而当窄带授权用户出现时,采用
复合序列的直扩系统的误码率略有提高,说明直扩系统在窄带授权用户所在频段的能量较少,可以实现与授权用户的信道共享。而多进制扩频系统虽然也不会影响授权用户,但其受授权用户的影响却很大,性能会急剧下降,需要采用陷波处理后才有所好转,但误码率仍高于直扩系统。
4 结束语
由以上分析可知,对于使用
复合序列的直扩系统,在实现频谱可控的基础上,采用码位移技术,不仅可以降低对于扩频序列的需求难度,简化系统结构,而且在扩频序列周期不变的情况下,还能够提高系统的传输效率,同时获得更好的抗噪声性能。当将其应用于认知用户时,既可以获得较高的系统容量和性能,还可以实现与授权用户的信道兼容,提高了频谱的利用效率。
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作者简介:王辉（1987－），女，硕士研究生，研究方向：通信与信息系统。