基于正交擴(kuò)展的MBOFDM系統(tǒng)性能分析

1、基于正交擴(kuò)展的MB-OFDM系統(tǒng)性能分析論文關(guān)鍵詞：b-fd正交擴(kuò)展矩陣誤差權(quán)重分布高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣論文摘要：針對(duì)b-fd通信系統(tǒng)存在窄帶干擾的問題，提出了一種基于高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣(higherrderrtatinspreadingatrix)的多帶fd系統(tǒng)。同時(shí)用誤差權(quán)重分布(errreightdistributin)方法分析各種角度的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣及其他正交擴(kuò)展矩陣hadaard,rtatedhadaard的分集度，并在實(shí)驗(yàn)仿真中比較了各種擴(kuò)展矩陣對(duì)b-fd系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果說明各種角度/2除外的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣進(jìn)一步進(jìn)步了ub系統(tǒng)抗窄帶干擾的才能。1引言超寬帶ub,ultra-ide

2、band無線通信系統(tǒng)以其高速率、高性能、低功耗、低本錢、抗多徑、易數(shù)字化等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為短間隔 無線通信領(lǐng)域中的新亮點(diǎn)，是無線個(gè)域網(wǎng)pan的首選方案。超寬帶無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有多帶正交頻分復(fù)用b-fd,ulti-bandrthgnalfrequeny-divisinultiplexing和直接序列碼分多址ds-da,diretsequenededivisinultipleaess兩種技術(shù)方案。前者在高速無線數(shù)據(jù)傳輸方面具有一定優(yōu)勢(shì)，因此獲得了越來越多的支持。ub系統(tǒng)信道中含有大量的多徑能量可供分集接收，在傳統(tǒng)超寬帶系統(tǒng)中使用卷積編碼和比特交織開發(fā)信道的分集度，但在高速傳輸?shù)那闆r下卻不能發(fā)揮作用

3、1。為了更加有效的進(jìn)步系統(tǒng)的分集增益，人們把擴(kuò)展矩陣引入到傳統(tǒng)超寬帶系統(tǒng)中，如hadaard擴(kuò)展矩陣6。但是文獻(xiàn)8證實(shí)hadaard擴(kuò)展矩陣不能充分利用多徑分量。針對(duì)這一問題，本文在b-fd系統(tǒng)中引入高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣，同時(shí)給予誤差權(quán)重分布的方法分析了各種角度的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣及其他的正交擴(kuò)展矩陣hadaard,rtatedhadaard的分集度，并用實(shí)驗(yàn)仿真的方法比較各種擴(kuò)展矩陣對(duì)b-fd系統(tǒng)性能的影響。仿真結(jié)果說明各種角度/2除外的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣增強(qiáng)了b-fd系統(tǒng)抗窄帶干擾的才能。2系統(tǒng)描繪根據(jù)f對(duì)ub信號(hào)的定義1,在b-fd系統(tǒng)中，整個(gè)頻帶(3.110.6ghz)被劃分成n14個(gè)帶寬為5

4、28hz的子頻帶，并分為5個(gè)頻段組，前4個(gè)頻段組分別由3個(gè)子頻帶組成,第5個(gè)頻段組由2個(gè)子頻帶組成。每個(gè)子頻帶使用128個(gè)子載波構(gòu)成一個(gè)fd子系統(tǒng)，本文為了探究正交擴(kuò)展矩陣的特性，只使用其中一個(gè)子帶。系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)構(gòu)造框圖如上圖所示，n個(gè)子載波被劃分為個(gè)長(zhǎng)度為的子塊，然后用擴(kuò)展矩陣在這些子塊上擴(kuò)展傳輸符號(hào)，再通過載波交織和ifft之后，傳輸數(shù)據(jù)就進(jìn)入了頻率選擇性信道。在接收端，fft處理器的輸出信號(hào)為y=aq+n1a為復(fù)正態(tài)信道衰落系數(shù)的對(duì)角矩陣，為正交擴(kuò)展矩陣，q是qpsk信號(hào)向量，n為零均值復(fù)高斯白噪聲向量。擴(kuò)展矩陣一般用來增加傳輸符號(hào)之間的相關(guān)性，和自適應(yīng)調(diào)制不一樣，本

5、系統(tǒng)只是利用擴(kuò)展矩陣而不是重復(fù)傳輸數(shù)據(jù)來增加子載波數(shù)據(jù)間的相關(guān)性2，如圖2所示圖2經(jīng)過擴(kuò)展調(diào)制方式的變換過程在發(fā)射端qpsk信號(hào)經(jīng)過正交擴(kuò)展矩陣轉(zhuǎn)換成高階調(diào)制信號(hào)，增加了符號(hào)間的相關(guān)性，進(jìn)而進(jìn)步了整個(gè)系統(tǒng)的性能。目前，已有許多正交擴(kuò)展矩陣可供利用，如hadaard矩陣、rtatedhadaard矩陣、低階旋轉(zhuǎn)矩陣34等等，本文將著重研究高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣維數(shù)8及特性。3高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣及特性文獻(xiàn)2提出了一種叫做旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣的新的正交矩陣，該矩陣比hadaard矩陣、rtatedhadaard矩陣跟能進(jìn)步超寬帶系統(tǒng)的性能，其構(gòu)造形式如下等式2旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是選擇不同的，能靈敏的產(chǎn)生多種

6、不同的正交擴(kuò)展矩陣構(gòu)造，同時(shí)簡(jiǎn)單的角度旋轉(zhuǎn)就可以比其他的傳統(tǒng)擴(kuò)展矩陣對(duì)系統(tǒng)有更好的性能。但是，并不是所有的角度都能產(chǎn)生性能更好的擴(kuò)展矩陣，例如=時(shí)，旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣仍然是hadaard矩陣，當(dāng)=時(shí)，qpsk信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)展變換之后還是qpsk映射信號(hào)，變換后的調(diào)制方式保持不變。以下圖表示qpsk映射點(diǎn)及角度為、和旋轉(zhuǎn)變換后新的映射點(diǎn)。圖3qpsk映射及經(jīng)過各種角度旋轉(zhuǎn)后的映射方式我們可以用上面的根本矩陣u2利用ss5(pletepleentarysetsfsequenes)方法構(gòu)成更高階的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣，其過程可用下面的公式加以描繪，由上面三個(gè)公式可以構(gòu)成維高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣，3式確保了高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣保

7、持正交性?；趕s方法4維旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣如下所示6對(duì)于b-fd系統(tǒng)中的擴(kuò)展矩陣來說，總是希望它能將信號(hào)能量均等地分布在子載波上，這樣，即使某一個(gè)子載波信道受到嚴(yán)重衰落或干擾，也能從其他子載波恢復(fù)原數(shù)據(jù)。在b-fd系統(tǒng)中，qpsk信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)展操作后傳輸信號(hào)向量為s=b,所以的選擇決定了信號(hào)能量能否等同的分布在向量s上。例如考慮用hadaard矩陣作為擴(kuò)展矩陣的fd系統(tǒng)，假設(shè)信號(hào)向量b為1111，那么傳輸向量s為4000，同樣的，假設(shè)信號(hào)向量b為-1-1-1-1，那么傳輸向量s為-4000。從上面可以看出，兩個(gè)傳輸向量?jī)H僅在第一個(gè)位不同，這樣，假設(shè)在這個(gè)信道有嚴(yán)重衰落就會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的判決。所以好的擴(kuò)展

8、矩陣應(yīng)該使傳輸向量之間的所有位都不同，這里用誤差權(quán)重來衡量這個(gè)特性，誤差權(quán)重定義為傳輸向量對(duì)不同位的個(gè)數(shù)，理想上，對(duì)于所有的傳輸向量對(duì)誤差權(quán)重應(yīng)等于擴(kuò)展碼的維數(shù)，才能獲得最大的分集增益。表1給出了基于擴(kuò)展碼維數(shù)等于4的qpsk調(diào)制系統(tǒng)的各種擴(kuò)展碼的誤差權(quán)重分布。表1qpsk調(diào)制系統(tǒng)的各種擴(kuò)展碼的誤差權(quán)重分布ed=/7=/5=/4=/2hadaardrtated11921212240156198227074666333024421254459619531786432181320423118825580299293017932640在表1數(shù)據(jù)中，可以觀察出和hadaard、rtatedhadaar

9、d擴(kuò)展碼相比各種角度的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展碼有很好的誤差權(quán)重分布特性，大多數(shù)的傳輸向量對(duì)所有位都是不同的，但是也有不如hadaard、rtatedhadaard擴(kuò)展碼，例如=/2的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展碼。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析為了分析有好的誤差權(quán)重分布特性的各種角度的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展碼能否更加有效的進(jìn)步b-fd的性能，及對(duì)抗窄帶干擾的有效性，本小節(jié)將利用文獻(xiàn)1提出的信道模型仿真基于各種角度的高階旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展矩陣及hadaard、rtatedhadaard擴(kuò)展矩陣的b-fd系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合ieee802.15任務(wù)組3a提出的標(biāo)準(zhǔn)1，已在第二小節(jié)加以描繪。另外，在仿真時(shí)假定各種同步是理性的，同時(shí)不考慮空子載波和導(dǎo)頻子載波。窄帶

10、干擾采用多音干擾模型，其可建模為圖4所示的是信噪比為5db、=64的情況下，b-fd系統(tǒng)的誤比特率性能。由圖中可以看出，各角度的高階旋轉(zhuǎn)矩陣/2除外比hadaard、rtatedhadaard擴(kuò)展矩陣更能進(jìn)步系統(tǒng)性能，這和表1中各種碼的誤差權(quán)重分布是一致的，其中角度/5為的高階旋轉(zhuǎn)矩陣最大的進(jìn)步了系統(tǒng)的分集度。圖4=64時(shí)系統(tǒng)誤比特率性能圖5所示的是信噪比為5db、=32的情況下，b-fd系統(tǒng)的誤比特率性能。從圖中我們可以觀察到，角度為/7的高階旋轉(zhuǎn)矩陣比其他角度高階旋轉(zhuǎn)矩陣及hadaard、rtatedhadaard擴(kuò)展矩陣更好的增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能。在文獻(xiàn)3中=2的情況下，角度為/4的旋轉(zhuǎn)矩陣

11、不能有效的進(jìn)步系統(tǒng)性能，但在=32時(shí)能很好進(jìn)步系統(tǒng)的誤比特率性能。圖5=32時(shí)系統(tǒng)誤比特率性能圖6=16時(shí)系統(tǒng)誤比特率性能圖6所示的是信噪比為5db、=16的情況下，b-fd系統(tǒng)的誤比特率性能。圖中顯示角度為/7的高階旋轉(zhuǎn)矩陣最好的增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。5結(jié)論理論分析與仿真結(jié)果說明，各種角度的高階旋轉(zhuǎn)矩陣?yán)昧薭-fd子帶部分子載波的頻率分集性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，同時(shí)進(jìn)步了ub系統(tǒng)抗窄帶干擾的才能。當(dāng)系統(tǒng)的某些子載波受到干擾或頻率選擇性衰落影響時(shí)，接收機(jī)可以從系統(tǒng)的其它子載波中得到傳輸編碼比特的信息。與hadaard、rtatedhadaard擴(kuò)展矩陣相比，好的的高階旋轉(zhuǎn)矩陣可以降低系統(tǒng)誤比特率1個(gè)

12、左右數(shù)量級(jí)。同時(shí)仿真結(jié)果顯示各種擴(kuò)展矩陣對(duì)系統(tǒng)性能的影響與它們的誤差權(quán)重分布根本符合。參考文獻(xiàn)：1batraa,balakrishnanj.designfaultibandfdsystefrrealistiubhannelenvirnentsj.ieeetransatinsniravetheryandtehniques,2022,52(9):2123-2138.2ibrahir,xiajinghuang,raadr.anespreadingatrixfrblkspreadfd/10thieeeinternatinalnferenenuniatinsystes.sinqapre,2022:1-5

13、.3ibrahir,xiajinghuang,darrynl.astudyfdifferentanglesfrthenespreadatrixfrbsfdinubhannels/thethirdinternatinalnferenenirelessandbileuniatins.guadelupefrenharibbean,2022:67-67.4ibrahir,xiajinghuang,raadr.astudyfdifferentanglesfrhigherrderrtatinspreadingatrixfrbsfdinubhannels/the2ndinternatinalnferenen

14、irelessbradbandandultraidebanduniatins.sydneyaustralia,2022:18-18.5ibrahir,xiajinghuang,raadr.nehigherrderrtatinspreadingatrixfrbsfd/the2ndinternatinalnferenenirelessbradbandandultraidebanduniatins.sydneyaustralia,2022:17-17.6張士兵,張力軍,徐晨.多帶fd-ub系統(tǒng)的抗干擾研究j.通信學(xué)報(bào),2022,27(5):77-83.7nidhip,balasubraanian,il.ipatferrreightdistributininb-fdbasedubsys