基于Logistic序列的UWB系統(tǒng)Rake接收機(jī)性能分析探討

1、基于Logistic序列的UWB系統(tǒng)Rake接收機(jī)性能分析討論摘要:根據(jù)混沌序列碼元豐富,抗干擾才能強(qiáng),優(yōu)良的相關(guān)特性和白噪聲統(tǒng)計特性,采用改良型lgisti映射迭代產(chǎn)生的混沌序列作為擴(kuò)頻序列,提出了多徑信道下混沌ub通信系統(tǒng)。針對該系統(tǒng)rake接收機(jī)的性能進(jìn)展分析,重點(diǎn)仿真了不同信道、不同支路、不同擴(kuò)頻碼情況下的rake接收機(jī)性能,由分析和仿真可知,系統(tǒng)性能得到了改善,抗干擾才能增強(qiáng)。關(guān)鍵詞:混沌;超寬帶;ds-pa;rake接收機(jī)perfraneanalysisfrrakereieverfubradisystebasednlgistisequenes(1.jiangsuradiandtvu

2、niversity,nanjing210017,hina;2.nanjinguniversityfaernautisandastrnautis,nanjing210016,hina)abstrat:beausehatisequenehasrihdeeleentsandgdapabilityfanti-jaing,theprpertiesfgdrrelatinandhitenisestatistiian,thehatisequenesarereatedbyiteratinethdsbasednadvanedlgisti-ap,andtheyareappliedintheubsysteunderu

3、ltipathhanneldel,thentheperfranefthesysteusesrakereeiverisanalyzed.theperfranefrakereeiverunderdifferenthannelsanddifferentspread-spetrusequeneisdisussed.theresultsindiatethatthehatisequeneaniprvetheperfranefubsyste,andtheapabilityfanti-jaingisgd.keyrds:has;ub;ds-pa;rakereeiver0引言超寬帶無線通信技術(shù)是利用納秒至皮秒級的

4、非正弦波窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),它具有傳輸速率高、功耗低、平安性好、抗多徑才能強(qiáng)以及本錢低廉等優(yōu)點(diǎn),在室內(nèi)短間隔 高速無線通信和準(zhǔn)確定位等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景1-2。超寬帶通信主要工作在室內(nèi)環(huán)境中,信號傳播時受到許多干擾物體的影響,多徑的存在會嚴(yán)重影響接收機(jī)的性能3-8。為了減小其影響,本文主要研究了混沌超寬帶通信系統(tǒng),用非線性映射的混沌序列來代替超寬帶通信中的偽隨機(jī)碼,分析了多徑信道模型下rake接收機(jī)的性能,使系統(tǒng)性能得到進(jìn)步?；煦缧蛄袛?shù)目眾多,并具有優(yōu)良的相關(guān)特性和類似白噪聲的統(tǒng)計特性9-10,這使得混沌超寬帶通信系統(tǒng)具有低截獲率,能更有效地抵抗窄帶干擾和多徑干擾。1混沌序列及其相關(guān)特性在混

5、沌超寬帶通信系統(tǒng)中,混沌序列性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的性能。合適于實(shí)際通信系統(tǒng)的混沌序列應(yīng)具有以下根本特性:(1)具有鋒利的自相關(guān)函數(shù)和接近于零的互相關(guān)函數(shù);(2)具有高復(fù)雜性和足夠長的碼周期,能抗偵破和抗干擾;(3)易于產(chǎn)生、加工、復(fù)制和控制;(4)具有較多獨(dú)立地址,能實(shí)現(xiàn)碼分多址。對于以上幾點(diǎn)要求,這里采用改良型lgisti映射數(shù)字化產(chǎn)生混沌序列,其表達(dá)式為:改良型lgisti映射迭代產(chǎn)生的混沌序列均值為零,自相關(guān)是函數(shù),互相關(guān)值為零,其統(tǒng)計特性與零均值白噪聲一致。其相關(guān)特性和功率普密度仿真結(jié)果分別如圖1和圖2所示。2混沌超寬帶通信系統(tǒng)圖3為多徑信道下混沌超寬帶通信系統(tǒng)框圖。因ds-p

6、a技術(shù)的抗干擾性能優(yōu)于th-pp技術(shù),在發(fā)射機(jī)局部,混沌序列生成后,系統(tǒng)采用ds-pa調(diào)制。下面詳細(xì)介紹ds-pa超寬帶信號模型、ieeeub多徑信道模型和rake接收機(jī),并對系統(tǒng)進(jìn)展性能分析。圖1混沌序列的相關(guān)特性圖圖2混沌序列的功率譜密度圖3多徑信道下混沌超寬帶通信系統(tǒng)框圖2.1改良的ds-pa超寬帶信號模型在混沌超寬帶通信系統(tǒng)中,首先把lgisti映射迭代產(chǎn)生的混沌序列作為直擴(kuò)碼,再利用混沌碼對二進(jìn)制序列進(jìn)展編碼來調(diào)制發(fā)射脈沖信號的幅度。其發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號表達(dá)式為:2.2ieee多徑信道模型混沌超寬帶室內(nèi)信道模型采用ieee802.15.3a提出的修正(s-v)多徑信道模型。該模型中多徑

7、振幅衰落服從對數(shù)正態(tài)分布,多徑分量的衰落互相獨(dú)立,其信道沖激響應(yīng)可以表示為:根據(jù)信道環(huán)境的特征分為4種典型的信道模型,分別記為:1:04的有直達(dá)徑信道(ls);3:410的無直達(dá)徑信道(nls);4:嚴(yán)重多徑信道環(huán)境。2.3rake接收在混沌超寬帶通信中,接收信號包含了大量的多徑分量,因此可以通過多徑分量能量的組合來進(jìn)步接收機(jī)的信噪比,rake接收機(jī)可以完成這一功能的接收技術(shù)。它是使用一組相關(guān)器,對每個多徑分量使用一個相關(guān)接收機(jī),各相關(guān)接收機(jī)與被接收的信號的多徑分量之一進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算,然后將這些相關(guān)接收機(jī)的輸出根據(jù)其相對強(qiáng)度進(jìn)展加權(quán),并把加權(quán)后的每路輸出合并成一個輸出信號。系統(tǒng)中的分集合并技術(shù)采

8、用最大比合并(r)方式,即加權(quán)系數(shù)是基于每個相關(guān)器輸出的功率或信噪比(snr)來確定的。(2)p-rake接收機(jī),它選擇前面到達(dá)的數(shù)個多徑分量,接收機(jī)不對多徑做選擇,其構(gòu)造比擬簡單;(3)s-rake接收機(jī),它從接收的多徑分量中選擇幾個最好的l個分量,經(jīng)r技術(shù)進(jìn)展合并,接收機(jī)要對多徑分量做選擇。2.4系統(tǒng)性能分析對圖3多徑信道混沌超寬帶通信系統(tǒng)進(jìn)展分析,經(jīng)過多徑信道后的信號可表示為:式中:(t)為調(diào)制方式下的模板信號。上述相關(guān)器的輸出信噪比為:rk=eb(1-)n02(7)式中:為波形的相關(guān)函數(shù)。l個支路相關(guān)器的輸出合并后,輸出總信噪比為:其誤比特率為:(9)對于a-rake接收機(jī),其誤比特率

9、為:(10)pb=10p(g)12erfeb(1-)2n0gdg(11)2.5性能仿真與比擬理論分析中,在一樣支路l的情況下,s-rake接收機(jī)比p-rake接收性能好,圖4分析了不同支路時采用a-rake接收機(jī)和s-rake接收機(jī)的誤碼性能。仿真實(shí)驗(yàn)中采用1信道模型,混沌超寬帶系統(tǒng)的調(diào)制方式為ds-pa調(diào)制。由圖4可知,a-rake接收機(jī)性能要比s-rake接收機(jī)的性能好,后者性能與搜集的多徑支路有關(guān),徑數(shù)越多,接收機(jī)的性能越好,并且隨著多徑支路的增加,性能增加的幅度減緩。圖5給出了同支路情況下,rake接收機(jī)在4種信道模型的性能比擬。由圖可知1和2信道性能相差不大,4信道狀況最惡劣,在一樣

10、的信噪比的條件下,系統(tǒng)的性能最差。圖41信道下ds-pa-ub選擇rake性能曲線圖5不同信道對rake接收機(jī)的影響圖6給出混沌超寬帶通信系統(tǒng)和采用偽隨機(jī)碼的超寬帶通信系統(tǒng)性能比擬。仿真結(jié)果說明采用混沌序列的超寬帶系統(tǒng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的偽隨機(jī)碼,這與前面分析的結(jié)論一致。圖6不同擴(kuò)頻碼對系統(tǒng)的性能影響3結(jié)論基于改良型lgisti映射迭代產(chǎn)生的混沌序列,提出混沌超寬帶通信系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)在多徑衰落信道中的rake接收機(jī)性能。通過理論分析和仿真比擬了不同的多徑選擇策略下系統(tǒng)的誤碼率性能,可以看出a-rake接收機(jī)性能好于s-rake接收機(jī),s-rake接收機(jī)徑數(shù)越多,接收機(jī)的性能越好;同支路情況下1和

11、2信道性能相差不大,4信道狀況最惡劣;采用混沌序列的超寬帶系統(tǒng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的偽隨機(jī)碼。因此混沌序列作為擴(kuò)頻碼,易于產(chǎn)生,可提供更多的用戶容量,并且其優(yōu)良的相關(guān)特性,可減少多徑干擾,進(jìn)步系統(tǒng)性能。參考文獻(xiàn)1prind,hirt.ultra-idebandraditehnlgyptentialandhallengesaheadj.ieeeuniatinsagazine,2022,41(7):66-74.2zhuangh,shenx,biq.ultra-idebandirelessuniatinsj.irelessuniatinsandbileputing,2022(3):663-668.3inz,

12、hrisiksg,sllenbergernr.perfranefrakeindenseultipathhannels:ipliatinfspreadingbandidthandseletindiversityrderj.ieeeselet.areasun.,2000,18:1516-1525.4inz,hrisiksg.ipatfspreadingbandidthandseletindiversityrdernrakereeptin/lisnaf.idebandirelessdigitaluniatins.北京:電子工業(yè)出版社,2001:424-454.5assilid,inz,vatalarf,etal.perfr-anefl-plexityrakereeptininarealistiubhannelj.ieeei,2002,2:763-767.6rajesarana,sayazuluvs,feraterjr.rakeperfranefrapulsebasedubsysteinarealistiubindrhannelj.ieeei,2022,4:2879-2883.7貝尼迪特,吉安卡拉.超寬帶無線電根底.葛利嘉,朱林,袁曉芳,等譯.北京:電子工業(yè)出版社,2022.8葛利嘉,曾凡鑫,劉郁林,等.超寬帶無線