周 軍，王青松，嚴(yán)大媛

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所,四川 成都 610041; 2.軍委裝備發(fā)展部駐石家莊地區(qū)軍代室, 河北 石家莊 050081)

0 引 言

直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)(DSSS)以抗干擾能力強(qiáng)、功率譜密度低、具有隱蔽性和低截獲率等優(yōu)點(diǎn)，而獲得日益廣泛的應(yīng)用。但擴(kuò)頻通信的抗干擾能力是以擴(kuò)展信號(hào)帶寬為代價(jià)的，在短波等信道帶寬受限而又要求一定處理增益的環(huán)境中，傳統(tǒng)直擴(kuò)系統(tǒng)就無(wú)能為力了。多進(jìn)制正交擴(kuò)頻技術(shù)就是解決此問(wèn)題的一種行之有效的方法。一般地，在M進(jìn)制正交擴(kuò)頻系統(tǒng)中，擴(kuò)頻序列由M個(gè)長(zhǎng)為N的正交碼集組成，每個(gè)碼字傳輸k=log2M比特信息。因?yàn)槊總€(gè)擴(kuò)頻碼都對(duì)應(yīng)于k個(gè)信息比特，所以在信息速率一定的情況下，多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的帶寬僅為傳統(tǒng)擴(kuò)頻系統(tǒng)的1/k，這使得它特別適合于頻譜寬度限定而又要求一定處理增益的場(chǎng)合[1-2]。

本文針對(duì)傳統(tǒng)的多進(jìn)制正交擴(kuò)頻技術(shù)提出了一種混合多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)方案，在相同的傳輸帶寬和傳輸速率下提高的系統(tǒng)的傳輸性能。

1 系統(tǒng)模型

1.1 傳統(tǒng)的多進(jìn)制擴(kuò)頻模型

多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)的發(fā)射端基本原理如圖1所示，多進(jìn)制擴(kuò)頻實(shí)際上是一種(N,k)編碼，即k位信息碼由長(zhǎng)為N的隨機(jī)碼來(lái)代表k位信息碼有M=2k個(gè)狀態(tài)，則該多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)稱為M進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)，M進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)需要M條長(zhǎng)為N的相互正交的偽隨機(jī)碼來(lái)表示k位信息碼的M個(gè)狀態(tài)，M條長(zhǎng)為N的偽隨機(jī)碼與k位信息碼的M個(gè)狀態(tài)是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

接收端通過(guò)匹配濾波以及解擾碼后，用M條擴(kuò)頻碼序列與接收信號(hào)做相關(guān)運(yùn)算，通過(guò)找出相關(guān)值中的最大值對(duì)應(yīng)的序列求出相應(yīng)的比特信息，具體如圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)多進(jìn)制正交擴(kuò)頻發(fā)射端

圖2 傳統(tǒng)多進(jìn)制正交擴(kuò)頻接收端

1.2 混合多進(jìn)制擴(kuò)頻系統(tǒng)模型

傳統(tǒng)的多進(jìn)制擴(kuò)頻在相同信號(hào)帶寬和傳輸時(shí)間內(nèi)只傳輸了k個(gè)比特信息，本文參考文獻(xiàn)[3]中的循環(huán)移位正交鍵控（CSOK）方式，研究混合多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)，在相同的信道帶寬和擴(kuò)頻偽碼長(zhǎng)度條件下，混合多進(jìn)制正交擴(kuò)頻技術(shù)能達(dá)到更高的信息傳輸速率。另外如果我們?cè)谛盘?hào)帶寬和傳輸速率不變的情況下，可以提高系統(tǒng)的擴(kuò)頻碼長(zhǎng)，從而提高系統(tǒng)的抗噪能力。

圖3所示是混合多進(jìn)制擴(kuò)頻的原理框圖，混合多進(jìn)制擴(kuò)頻主要由兩部分組成，一部分是多進(jìn)制擴(kuò)頻，另一部分是差分調(diào)制。用p表示di承載的比特?cái)?shù)，k表示一個(gè)擴(kuò)頻碼攜帶的比特?cái)?shù)，此時(shí)一個(gè)混合多進(jìn)制擴(kuò)頻符號(hào)可攜帶比特信息為：u=k+p，如圖所示，在第i個(gè)符號(hào)周期，混合多進(jìn)制擴(kuò)頻符號(hào)可以表示為：

其中，di表示第i個(gè)差分調(diào)制符號(hào)，ci是第i個(gè)擴(kuò)頻碼。

為了保證多進(jìn)制擴(kuò)頻信號(hào)能夠工作在低信噪比等信道環(huán)境較差的環(huán)境下，多采用非相關(guān)接收，具體原理框圖如圖4所示。接收信號(hào)經(jīng)過(guò)匹濾波器和去擾碼后接收信號(hào)向量用y表示，然后通過(guò)

圖3 混合多進(jìn)制擴(kuò)頻發(fā)送端

圖4 混合多進(jìn)制擴(kuò)頻接收端

其中，(·)*表示取共軛運(yùn)算，另外對(duì)多進(jìn)制擴(kuò)頻比特的估計(jì)可以對(duì)相關(guān)值進(jìn)行最大值比較得到：

具體的軟解調(diào)信息如文獻(xiàn)[4-5]所示。另外根據(jù)最大相關(guān)值信息通過(guò)再進(jìn)行差分解調(diào)，即可得到差分解調(diào)信息 ?id，根基 ?im和 ?id就可以得到解調(diào)的比特信息。

2 仿真性能

本文以美軍短波MIL-STD-188-141B標(biāo)準(zhǔn)[6]中的3G波形中的BW1波形為研究對(duì)象，采用傳統(tǒng)多進(jìn)制擴(kuò)頻和混合多進(jìn)制擴(kuò)頻的仿真參數(shù)如表1所示。從參數(shù)可以看出，兩種方式在信號(hào)帶寬、傳輸速率、編碼方式等參數(shù)上都是相同的，唯一不同的是混合多進(jìn)制擴(kuò)頻和傳統(tǒng)多進(jìn)制擴(kuò)頻方式上擴(kuò)頻碼長(zhǎng)由原來(lái)的64變成了96，調(diào)制方式由原來(lái)的BPSK變成了DQPSK。圖5所示是兩種方式的性能比較，從仿真結(jié)果可以看出，在加性高斯白噪聲信道環(huán)境下，在殘余頻偏為0 Hz和1 Hz條件下，混合多進(jìn)制擴(kuò)頻在性能上有0.5 dB的增益。

表1 仿真參數(shù)

圖5 仿真性能

3 結(jié) 語(yǔ)

本文闡述了多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)的原理，并在傳統(tǒng)的多進(jìn)制擴(kuò)頻基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的混合多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)，通過(guò)多進(jìn)制擴(kuò)頻與差分調(diào)制相結(jié)合，在相同信號(hào)帶寬和傳輸速率的基礎(chǔ)上提高了系統(tǒng)的傳輸性能，并針對(duì)短波3G中的BW1波形進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果也驗(yàn)證了該技術(shù)確實(shí)能夠提升系統(tǒng)的傳輸性能。