一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法

2024-01-22 04:50:15 2

專利名稱：一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法
技術領域：
本發明涉及一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法。該系統以高斯脈衝為發射脈衝，以沃爾什序列和橋函數序列為擴頻序列的前提下，通過誤碼率的計算可以判斷出，具有零相關區的三值橋函數序列比沃爾什序列具有更好的誤碼率性能。本發明屬於認知無線電技術領域。
背景技術：
最近二十年裡，隨著社會發展，人們對無線通信的需求迅速增加，無線網絡快速增長。因許多主要無線頻譜已經分配給特定的應用，頻譜的稀缺變得越來越嚴重。因此，如何在有限的頻譜資源下滿足人們對無線通信日益增長的需求是無線通信領域一個十分重要和艱巨的任務。最近測試表明授權頻譜沒有被充分利用。在此背景下，一類重用頻譜資源的無線電技術被一些研究機構和標準制定組織相繼提出，這其中最典型的是超寬帶無線通信技術(UltraWideband，UffB)和認知無線電技術(Cognitive Radio, CR)。這兩種技術因其誘人的應用前景而發展迅速。並且由於它們在頻譜重用方式，技術實現層面等諸多不同， 將兩種技術相結合的進一步研究新奇關注。超寬帶技術自上世紀90年代起應用於民用領域之後，在國際上掀起了一股研究熱潮，被認為是下一代無線通信的革命性技術。超寬帶作為一種與傳統技術有很大不同的無線通信技術，具有高速率，低成本，低功耗的特點，使得UWB成為下一代短距離高速率無線通信的最佳候選技術。超寬帶技術目前可分為兩類基於窄脈衝式的衝擊類UWB和基於調製載波擴頻式的載波類UWB。認知無線電作為一種革命性智能頻譜共享技術，可以顯著地提高頻譜的使用率， 近幾年受到了人們的廣泛關注。認知無線電的概念是軟體無線電的進一步拓展作為一種全新的智能無線通信技術，認知無線電涵蓋面更為廣泛，認知無線電的功能也更加強大。本發明通過矩陣實驗室/仿真軟體(MATLAB/SIMULINK)為基本仿真環境，以襯底 (Underlay)方式為接入技術，以高斯脈衝為發送脈衝，以三值橋函數序列為擴頻序列，搭建起基於超寬帶認知無線電的軟體仿真平臺，通過沃爾什序列和具有不同零相關區長度的橋函數序列作為擴頻序列並對仿真結果進行對比，仿真結果表明，具有零相關區的三值橋函數序列具有比沃爾什序列具有更好的抗多徑和多址幹擾的能力，而且零相關的長度越長， 抗多徑和多址幹擾的能力也越強。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法， 在此系統下，從仿真結果可以看到，通過採用不同的擴頻序列，具有零相關區的三值擴頻序列，比沃爾什序列具有更好的抗多徑幹擾和抗多址幹擾的能力。為達到上述目的，本發明採用如下技術方案本發明一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法，該方法具體步驟如下步驟一，以序列值為「+1」，「-1」的沃爾什序列和以序列值為「+1」，「0」，「-1」的橋
函數序列作為擴頻序列輸入到所構建的仿真系統中，並通過改變橋函數序列的移位參數j， 以增大橋函數的零相關區，從系統最後所得到的仿真結果即誤碼率曲線可以看到，具有零相關區的橋函數序列比沃爾什序列具有更好的誤碼率性能，即具有更好的抗多徑幹擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數序列作為擴頻序列分別輸入到所構建的仿真系統中， 通過仿真結果可以看到，在橋函數移位參數比較小即橋函數的零相關比較小的時候，採用m 序列的系統比採用橋函數序列的系統抗多徑幹擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關函數除零點外是一個恆定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數移位參數的增大，即零相關逐漸變長的情況下，採用橋函數序列作為擴頻序列的系統具有更好的誤碼率性能；步驟三，以上的步驟一和步驟二考慮的是單用戶系統抑制多徑幹擾的能力；現在考慮多用戶系統下採用互相關函數具有零相關的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址幹擾的能力；我們構建了一個有兩個用戶存在的超寬帶認知無線電系統，使具有零相關區的橋函數序列和一類特殊的互相關函數恆為0的橋函數智能碼序列作為系統的擴頻序列，仿真結果表明，隨著移位參數的增大，零相關區也越來越大，系統抑制多址幹擾的能力也越來越強，當採用互相關函數恆為0的橋函數智能碼序列時，系統的誤碼率性能最好，即抑制多址幹擾的能力達到最好。其中，在步驟一中的單用戶系統中，橋函數作為擴頻序列在系統中使用。橋函數序列是一種三值序列，有明顯的零相關區。而大量的文獻中已經證明，含有零相關區的的擴頻序列可以明顯的降低多徑幹擾。而且作為橋函數中的移位參數j決定了橋函數的零相關區的長度，隨著移位參數j的增大，橋函數零相關區的長度也在逐漸增大，而沃爾什函數卻沒有類似的性質。所以在步驟一所採用的仿真過程中，我們採用了不同移位參數的橋函數序列和沃爾什序列進行對比，隨著移位參數的變化，橋函數的零相關區的長度也在逐漸增大， 則系統抗多徑幹擾的能力也越來越強。其中，在步驟二中的單用戶系統中，我們採用m序列和不同移位參數的橋函數序列作為擴頻序列用到系統中。m序列是一種廣為使用的擴頻序列，其自相關函數除了在零點處有一個尖峰值外，在其餘點處是一個恆定值，而且非常接近零。在步驟二所述的內容我們提到過，當橋函數序列移位參數j比較小時，即零相關區的長度比較小時，橋函數序列的抗多徑幹擾的能力不如m序列，就是因為m序列的自相關函數非常接近0。當橋函數的移位參數j逐漸增大時，零相關區逐漸增大，抗多徑幹擾能力自然逐漸增強。所以當使用零相關區比較大的橋函數序列時，其抗多徑幹擾的能力要比m序列好。在m序列和橋函數序列同時存在的情況下，步驟二提供了一個挑選性能更好的橋函數序列的準則。其中，在步驟三中所述的多用戶系統中，我們採用了兩個用戶的系統。在這個系統中，我們分別採用了普通橋函數序列和一類特殊的橋函數序列即橋函數智能碼序列作為系統的擴頻序列。眾多參考文獻已經證明，多用戶系統中所存在的多址幹擾由擴頻序列的互相關函數決定。普通的橋函數序列族中不同序列的互相關函數具有明顯的零相關區，可以降低多用戶之間存在的多址幹擾。而一類特殊的橋函數序列，即橋函數智能碼序列其互相關函數恆為0。理論上可以證明，當互相關函數恆為0時，應具有最好的抗多址幹擾的性能。我們把這這類智能碼序列作為擴頻序列用到2個用戶的系統中，仿真結果驗證了理論結果，採用智能碼序列的系統比普通的橋函數序列具有更好的誤碼率性能，即更優良的抗多址幹擾的能力。3、本發明具有以下的優點和積極效果1)本發明構建了基於互補橋函數序列的採用Underlay接入技術的認知無線電軟體仿真系統。通過採用橋函數序列作為擴頻序列，可以驗證具有零相關區的三值序列比二值序列具有更好的抗多徑幹擾的能力。2)本發明所構建的認知無線電系統採用一種特殊的橋函數序列即智能碼序列作為擴頻序列，此序列的互相關函數恆為0，可以有效地增強系統抗多址幹擾的能力。


圖1本發明的用戶軟體仿真系統模塊結構示意圖。圖2採用4X8序列矩陣和橢球波函數正交脈衝的系統誤碼率示意圖。圖3採用8 X 16序列矩陣和橢球波函數正交脈衝的系統誤碼率示意圖。圖4以普通的橋函數序列作為擴頻序列時多用戶系統的誤碼率性能示意圖。圖5以一類特殊橋函數序列即智能碼序列為擴頻序列時多用戶系統的誤碼率性能示意圖。圖6為本發明流程框圖。圖中符號說明如下其中PSWF表示超寬帶通信收發機；其中UWB表示超寬帶無線通信技術；其中RAKE表示相關接收機圖像耙子；其中Bit Error Rate表示比特誤碼率；其中Walsh表示沃爾什函數；其中Bridge表示橋函數；其中User 1表示用戶1 ；其中User 2表示用戶2。
具體實施例方式見圖6，本發明一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法，該方法具體步驟如下步驟一，以序列值為「+1」，「-1」的沃爾什序列和以序列值為「+1」，「0」，「-1」的橋
函數序列作為擴頻序列輸入到所構建的仿真系統中，並通過改變橋函數序列的移位參數j， 以增大橋函數的零自相關區，從系統最後所得到的仿真結果即誤碼率曲線可以看到，具有零相關區的橋函數序列比沃爾什序列具有更好的誤碼率性能，即具有更好的抗多徑幹擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數序列作為擴頻序列分別輸入到所構建的仿真系統中， 通過仿真結果可以看到，在橋函數移位參數比較小即橋函數的零相關比較小的時候，採用m 序列的系統比採用橋函數序列的系統抗多徑幹擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關函數除零點外是一個恆定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數移位參數的增大，即零相關逐漸變長的情況下，採用橋函數序列作為擴頻序列的系統具有更好的誤碼率性能；討論單用戶直接序列超寬頻(DS-UWB)系統。在圖1中，數據源(Data Source,DS) 子系統中的伯努利二進位信號發生器(Bernoulli Binary Generator, BBG)生成隨機二進行制信息數據0和1並通過單級-雙極轉換器(unipolar to bipolar converter, UBC)模塊變成為-1和1。在UWB脈衝產生器子系統中，產生高斯脈衝波形。輸出波形在數據調製 (DataModulation，DM)子系統中的進行二相相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK) 調製。則傳輸信號可表示為
權利要求
1.一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法，其特徵在於該方法具體步驟如下步驟一以序列值為「+1」，「-1」的沃爾什序列和以序列值為「+1」，「0」，「-1」的橋函數序列作為擴頻序列輸入到所構建的仿真系統中，並通過改變橋函數序列的移位參數j，以增大橋函數的零相關區；從系統最後所得到的仿真結果即誤碼率曲線看到，具有零相關區的橋函數序列比沃爾什序列具有更好的誤碼率性能，即具有更好的抗多徑幹擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數序列作為擴頻序列分別輸入到所構建的仿真系統中，通過仿真結果看到，在橋函數移位參數比較小即橋函數的零相關比較小的時候，採用m序列的系統比採用橋函數序列的系統抗多徑幹擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關函數除零點外是一個恆定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數移位參數的增大，即零相關逐漸變長的情況下，採用橋函數序列作為擴頻序列的系統具有更好的誤碼率性能；步驟三，以上的步驟一和步驟二考慮的是單用戶系統抑制多徑幹擾的能力；現在考慮多用戶系統下採用互相關函數具有零相關的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址幹擾的能力；我們構建了一個有兩個用戶存在的超寬帶認知無線電系統，使具有零相關區的橋函數序列和一類特殊的互相關函數恆為0的橋函數智能碼序列作為系統的擴頻序列，仿真結果表明，隨著移位參數的增大，零相關區也越來越大，系統抑制多址幹擾的能力也越來越強，當採用互相關函數恆為0的橋函數智能碼序列時，系統的誤碼率性能最好，即抑制多址幹擾的能力達到最好。
2.根據權利要求1所述的一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法， 其特徵在於在步驟一中的單用戶系統中，橋函數作為擴頻序列在系統中使用，橋函數序列是一種有明顯零相關區的三值序列，含有零相關區的的擴頻序列能明顯的降低多徑幹擾， 而且作為橋函數中的移位參數j決定了橋函數的零相關區的長度，隨著移位參數j的增大， 橋函數的零相關區的長度也在逐漸增大，而沃爾什函數卻沒有類似的性質；所以步驟一所採用的仿真過程中，採用了不同移位參數的橋函數序列和沃爾什序列進行對比，隨著移位參數的變化，橋函數的零相關區的長度也在逐漸增大，則系統抗多徑幹擾的能力也越來越強。
3.根據權利要求1所述的一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法， 其特徵在於在步驟二中的單用戶系統中，採用m序列和不同移位參數的橋函數序列作為擴頻序列用到系統中；m序列是一種擴頻序列，其自相關函數除了在零點處有一個尖峰值外，在其餘點處是一個恆定值，而且非常接近零；當橋函數序列移位參數j比較小時，即零相關區的長度比較小時，橋函數序列的抗多徑幹擾的能力不如m序列，就是因為m序列的自相關函數非常接近0 ；當橋函數的移位參數j逐漸增大時，零相關區逐漸增大，抗多徑幹擾能力自然逐漸增；所以當使用零相關區比較大的橋函數序列時，其抗多徑幹擾的能力要比 m序列好；在m序列和橋函數序列同時存在的情況下，步驟二提供了一個挑選性能更好的橋函數序列的準則。
4.根據權利要求1所述的一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法， 其特徵在於在步驟三中所述的多用戶系統中，採用了兩個用戶的系統；在這個系統中，分別採用了普通橋函數序列和一類特殊的橋函數序列即橋函數智能碼序列作為系統的擴頻序列；多用戶系統中所存在的多址幹擾由擴頻序列的互相關函數決定；普通的橋函數序列族中不同序列的互相關函數具有明顯的零相關區，降低多用戶之間存在的多址幹擾；而一類特殊的橋函數序列，即橋函數智能碼序列其互相關函數恆為0 ；理論上能證明，當互相關函數恆為0時，應具有最好的抗多址幹擾的性能；把這這類智能碼序列作為擴頻序列用到 2個用戶的系統中，仿真結果驗證了理論結果，採用智能碼序列的系統比普通的橋函數序列具有更好的誤碼率性能，即更優良的抗多址幹擾的能力。
全文摘要
一種基於互補橋函數序列認知無線電仿真系統的構建方法，該方法有三大步驟步驟一以序列值為「+1」，「-1」的沃爾什序列和以序列值為「+1」，「0」，「-1」的橋函數序列作為擴頻序列輸入到所構建的仿真系統中；步驟二，將m序列和橋函數序列作為擴頻序列分別輸入到所構建的仿真系統中；步驟三，以上的步驟一和步驟二考慮的是單用戶系統抑制多徑幹擾的能力；現在考慮多用戶系統下採用互相關函數具有零相關的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址幹擾的能力；本發明構建了基於互補橋函數序列的採用Underlay接入技術的認知無線電軟體仿真系統。通過採用橋函數序列作為擴頻序列，驗證了具有零相關區的三值序列比二值序列具有更好的抗多徑幹擾的能力。
文檔編號H04B1/7097GK102523051SQ20111038650
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者周正, 楊洪旗, 洪晟, 陶文輝 申請人:北京航空航天大學