申 博，王 兵

（北京衛(wèi)星信息工程研究所 北京 100086）

軟擴頻又稱多進制正交擴頻[1]，是一種高效的擴頻調制方式，它是從直接序列擴頻技術衍生而來的一種新型基帶擴頻技術，與傳統(tǒng)的直接序列擴頻技術相比，它在相同的信息速率和系統(tǒng)帶寬條件下具有更高的擴頻增益，能夠有效解決傳輸帶寬和處理增益之間的矛盾。π/4DPSK是一種比較適合衰落信道傳輸?shù)恼{制方式，在移動通信中得到了廣泛使用，其解調不需要相干載波，因而不存在相位模糊等問題。文獻[2]對雙軟擴頻系統(tǒng)進行了性能分析，但I、Q兩路采用同一組擴頻碼集合，增加了后續(xù)解調工作的復雜度，同時受限于硬判決方式，系統(tǒng)性能有進一步提升的空間。文獻[3]和文獻[4]給出了雙軟擴頻系統(tǒng)的軟信息提取算法，并進行了FPGA實現(xiàn)，由于僅使用了軟擴頻，與復合系統(tǒng)相比，解調端需要更多的相關器，復雜度較高。文獻[5]提出了DNOrth-MDPSK的差分解調算法，從理論上進行了分析，但所提算法較復雜，不方便工程實現(xiàn)。

針對這一情況，筆者提出了一種新的雙軟擴頻與π/4DPSK復合調制系統(tǒng)，即將2路軟擴頻信號與1路π/4DPSK差分相位調制信號進行復合后分別經(jīng)I路和Q路同時進行傳輸，在接收端使用比特軟值進行解調，對所提系統(tǒng)使用Matlab/Simulink進行了建模，并對所建模型在AWGN與多徑信道下進行了誤碼率性能仿真。

1 雙軟擴頻與π/4DPSK調制結構

雙軟擴頻與π/4DPSK調制結構如圖1所示，數(shù)據(jù)經(jīng)串并轉換分為3路，2路lbM bit數(shù)據(jù)進行軟擴頻，分別從2個N=2lbM維的正交擴頻碼集合WI和WQ中各選擇一個正交序列，1路2 bit數(shù)據(jù)進行π/4DPSK調制。

圖1 雙軟擴頻與π/4DPSK調制框圖Fig.1 Modulation diagram of dual tamed spread spectrum and π/4DPSK

設在第n個符號周期內兩支路發(fā)送的擴頻碼序列分別為 WnQ，j和 WnI，i， 第 n 個符號與第 n-1 個符號的相位差為 Δθ，則發(fā)送信號的等效低通表達式為：

式中：TS為符號周期；（n-1）Ts≤t≤nTs。 相位差 Δθ根據(jù) π/4DPSK調制，由表1[6]決定。

表1 差分相位與傳輸信息符號的關系Tab.1 The relation between differential phase and data bits

對基帶信號上變頻，載波exp（jωct），則發(fā)射信號表達式為：

式中：θ=θn-1+Δθ；（n-1）Ts≤t≤nTs。

2 雙軟擴頻與π/4DPSK解擴解調軟值

接收信號為：

式中：n 為信道噪聲；（n-1）Ts≤t≤nTs。

對接收信號進行下變頻，本地載波 exp（j（ωct+φ）），φ 為載波相差，忽略2倍頻分量與信道噪聲，I、Q兩路下變頻后為：

使用等效表達式，有 Rn=RI，n+jRQ，n。假設接收機已同步，且在最佳采樣時刻進行采樣，Rn與所有可能的正交擴頻序列的相關值為：

式中：1≤k≤l bM。略去不相關項：

式中：1≤k≤1 bM；參數(shù)2N/σ由系統(tǒng)和信道決定，可進行歸一化；是根據(jù)第 k bit數(shù)據(jù)為“1”和為“0”所作的擴頻碼子集劃分。

式中消除了載波殘留項。

π/4DPSK解調軟值是利用解擴的中間結果，根據(jù)最大后驗概率準則，進行差分相位解調獲得比特軟值。第k bit數(shù)據(jù)的軟值為[5]：

根據(jù)上述公式做出雙軟擴頻與π/4DPSK復合調制系統(tǒng)的解擴解調框圖，如圖2所示。

圖2 雙軟擴頻與π/4DPSK調制系統(tǒng)解擴解調框圖Fig.2 Demodulation diagram of dual tamed spread spectrum and π/4DPSK

3 系統(tǒng)建模與仿真驗證

為驗證與評估新系統(tǒng)，在前面分析的基礎上，使用Matlab/Simulink仿真工具，在AWGN和多徑信道下對上述算法進行了系統(tǒng)建模與仿真。

所建模型選擇如下參數(shù)：軟擴頻所用進制M=8，串并轉換為3路，2路3 bit進行軟擴頻，1路2 bit進行π/4DPSK調制；信道編碼采用（4，3，7）卷積編碼，譯碼采用Viterbi軟譯碼；I、Q兩支路N=2lbM=8維正交擴頻碼集合采用長度為32的M序列移位實現(xiàn)；AWGN信道，多徑模型為兩徑，反射系數(shù)0.8，最大多徑延遲3 bit；解調端載波相位偏移π/3。

在Simulink建模過程中，使用Simulink的基本工具箱（Simulink）、通信工具箱（Communications Blockset）、信號處理工具箱（Signal Processing Blockset）等 3個工具箱，為方便根據(jù)所建系統(tǒng)模型進行工程實現(xiàn)，模型中主要采用基本的邏輯模塊，如 Buffer、Unbuffer、Demux、LookupNDDirect、Unit Delay、MinMax、Sum等，建立邏輯級模型，可直接映射為FPGA代碼。根據(jù)圖1、圖2所示框圖，系統(tǒng)模型主要由卷積編碼、串并轉換、π/4DPSK調制、軟擴頻調制、多徑和AWGN信道、相關值 運 算 、Viterbi譯 碼 等 模 塊 組 成 ，調 制 端 模 型 如 圖3所 示 ， 解擴解調端模型如圖4 所示。

圖3 雙軟擴頻與π/4DPSK復合系統(tǒng)調制模型Fig.3 Modulation model of dual tamed spread spectrum and π/4DPSK

圖4 雙軟擴頻與π/4DPSK復合系統(tǒng)解擴解調模型Fig.4 Demodulation model of dual tamed spread spectrum and π/4DPSK

對所建系統(tǒng)模型，在AWGN與多徑信道下進行了誤碼率性能仿真，并與傳統(tǒng)的硬判決解調算法進行比較，得到性能曲線如圖5所示?？梢钥闯?，對于比特軟值解調算法，當Eb/N0=10 dB時，BER=10-5，比傳統(tǒng)的硬判決解調算法約好3 dB。

圖5 AWGN與多徑信道中不同Eb/N0條件下誤碼率性能比較Fig.5 BER comparison of different Eb/N0 in AWGN and multipath channel

4 結 論

本文提出了一種新的雙軟擴頻與π/4DPSK復合調制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)結構，并進行了系統(tǒng)建模。對該系統(tǒng)模型在AWGN與多徑信道下進行了誤碼率性能仿真，仿真結果表明，采用比特軟值解調算法比傳統(tǒng)的硬判決解調算法，在BER=10-5時誤碼率性能約好3 dB，表現(xiàn)出了較好的抗干擾與抗多徑能力，對于軟擴頻技術在工程中的應用具有一定的指導意義。

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