多脉冲组合调制超宽带通信性能研究_技术

多脉冲组合调制超宽带通信性能研究

0 引言
超宽带技术的主要特点是它的系统结构实现比较简单，设备集成更为简化；高速的数据传输，UWB以非常宽的频率来换取高速的数据传输，在10 m范围内的传输速率可达到500 Mb／s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。
UWB的调制及多址方式是其中的关键技术之一。调制方案的选择影响信号功率谱密度的结构，如传统调制方式：TH－PPM，TH-BPSK，DS-BPSK等，本文在文献[2]研究多脉冲位置调制的基础上，加入脉冲信号的极性调制，利用扩展等重码(ECWC)构建了一种称为双极性多脉冲位置调制(MPPPM)的UWB跳时调制方案，并对其信号构建、调制做了设计，对其通信性能进行了分析与比较。

1 MPPPM信号模型
1．1 信号形式
MPPPM是一种多脉冲组合调制，它是普通单脉冲PPM和多脉冲PPM的推广，允许每符号间隔有多个脉冲，它应用符号时隙帧中多个脉冲的位置和极性的不同组合传递信息，每个脉冲可以改变它的时隙位置和极性。
L维的MPPPM超宽带跳时信号能被描述成多个脉冲放入到L个时隙中，在一个符号时间内的间隔是Ts=Nb×L×Tm，此时Nh是一个信号符号的每比特重复次数，Tm为脉冲响应的时间间隔。明显地，把ω(l<ω 调制方式是将三进制的n元组v=(v1，v2，…，vn)，映射为由n个时隙组成的码片时间Tc上同时出现的w个不同极性的脉冲信号，如图1所示。其中Ts为符号时间；Tc为码片时间；Tm为冲激脉冲持续时间。

调制信号采用了二次重复编码，分别表示(-1 0+1 0)和(0-1-1 0)两个码字。

1．2 信号通信系统结构
图2给出在结合多进制PPM和BPSK的TH-WUB中，UWB信号的发射方案。

结合该模型，MPPPM跳时UWB信号的生成接收过程如下：给定待发送的L(假定L=2wCwn)进制序列B=(…，B0，B1…，Bi…)，其速率为RB=1／TB。图2中的重复编码器模块使每一位重复Ns次，产生1个新的L进制序列B=(…，a0，a1，…，ai,…)，新的波特速率Ra=Ns／TB=1／Ts。这一过程属于信道编码，引入冗余有助于降低接收端的误码率。新序列a进入第2个模块ECWC编码器，序列a被映射为ECWC编码，生成ECWC序列b=(…，b0，b1，…，bi，…)，其中，bi为扩展等重码C(n，d，w)的相应码字。映射信号b通过发送编码器，应用跳时码序列c=(…，C0，C1，…，Cj，…)产生1个新序列d，序列d的一般元素可表示为：

式中：bjk为第J个扩展等重码码字中的第k个元素；cj为序列c中的第j个元素，c通常为伪随机序列，是分配给用户的跳时码。上述过程实现了码分多址编码，并对发射信号的频谱产生影响。序列d进入的第4个模块是MPPPM调制模块，该模块产生单位脉冲序列，并且这些脉冲被调制到时间轴上的位置为jTs+djk(0≤k≤n-1)。其中，Ts为符号时间。信道前的最后1个模块是冲激响应为P(t)的脉冲形成滤波器，保证输出序列没有重叠。系统在信道前的发送信号为：

2 MPPPM的信号数据速率和AWGN信道下的误码率
2.1 理想信道下的信号数据速率
    MPPPM的特性可以表示成在N个时隙下W个脉冲向量，向量的值为＋1或者－1，其余的N－W个时隙中为0。这向量可以表示的个数为：

    因此，每一个时隙中代表的数据速率为：

从文献[4]中可以得到在最大数据速率情况下的N和W的关系为：

2. 2 AWGN信道下MPPPM的误码率
为了简化分析，假设系统在同一时刻只有一个用户，高斯白噪声信道是一的信号干扰。假设Tc/n≥Tm，这样能够避免相邻脉冲之间的重叠，使各个脉冲之间满足信号的正交性，基于上述假设来研究MPPPM信号的误码率。
假设hq(1≤q≤n)表示第q位基本信号矢量，表达式为[0,0,…，1，…0］，其中1在该矢量的第q维，假设发送信号为Sl,接收机根据信号之间的最小欧几里得距离进行判决；

假设脉冲重复次数1，得到解调信号为：

根据文献[8,9]的方法，推导出MPPPM的误码率为：

由于式(9)的误码率表达式很复杂，所以下面推导该误码率的上限表达式。两个信号欧几里得距离最短的情况是导致了误码率产生的主要因素，当信噪比很高的情况下，误码率的表达式可以表示如下：

这里dmin是任意一对调制信号的最小欧几里得距离，能够表示为：

在理想状态下，所有的向量个数2wCwn都能被使用，但是由于最小汉明距离与更低误码率的关系，最小汉明距离越大，信号的误码率越低，只能选取其中一些有较大汉明距离的向量来使用。在这种情况下，这里MPPPM的最小欧几里得距离表示成：

式中；n，w分别为构建L进制MPPPM所选用的扩展等重码的参数；n为发射接收信号矢量的维度；w为所使用的脉冲数。

3 数值比较结果
L—ary—SPPM，MPPPM的误码率随信噪比的变化曲线如图3所示，仿真参数设定为L=[2，4，8]，n=[2，2，3]，w=2。由图可知，L进制SPPM和L进制MPPPM的性能有所提高。另外，L进制MPPPM的误码率比相应的L进制PPM低，只有2一PPlc’M的性能比8一SPPM的性能差些。