基于差分檢測的多載波無線通信系統研究

摘 要： 針對載波相位難以恢復的不足，在研究的基礎上選擇了獨特的方式對多載波頻域擴頻碼片級差分進行檢測，檢測時克服各種難度，同時對接收機設計進行簡化。該方法可提高直接序列擴頻系統抵抗信道時間選擇性衰落的能力，同時針對多載波頻域擴頻碼片級差分檢測的誤碼率性能進行理論分析。仿真實驗表明，該方法可減少載波間干擾對碼片級差分檢測的影響，改善了在時間選擇性較強的多載波頻域擴頻碼片級差分檢測信道中的性能。

關鍵詞： 碼片級差分檢測； 多載波； 誤碼率； 載波相位

中圖分類號： TN913.6?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）15?0014?04

Abstract： To overcome the shortcoming that the carrier phase is difficult to restore， the unique method is selected to detect the multi?carrier frequency domain spreading code chip?level difference to overcome various test difficulties， and the receiver design is simplified. This method can improve the ability of direct sequence spread spectrum system resisting the channel time selective fading. The bit error rate performance of the multi?carrier frequency domain spreading code chip?level differential detection is analyzed in this paper theoretically. The simulation experiment results show this method can reduce the effect of inter?carrier interference on code chip?level differential detection， and improve the performance of multi?carrier frequency domain spreading code chip?level differential detection with strong time selectivity in the channel.

Keywords： chip?level differential detection； multi?carrier； bit error rate； carrier phase

0 引 言

經過不斷的發展，現在通信技術的主流是碼分多址（CDMA）[1]。CDMA與TDMA以及FDMA相比較有更多的優點，比如可以軟切換，具備軟容量，可以抗拒窄帶的干擾，頻譜的利用率高等，也更加安全可靠。但是，現在CDMA運行擴頻時，都會用序列擴頻作為基礎，這樣，碼片的速率提升以后，接收機的處理速度很快得到提升，因此在進行高速傳輸時就發生了許多問題，而另外一個缺陷就在于兩個相鄰的符號還會出現串擾的現象[2]。OFDM技術能夠有效地縮減要求碼片的效率，也可以抵擋信道的彌散。所以，以OFDM和CDMA相結合為基礎的多載波頻域擴頻設計已經是社會熱議的話題[3]。

針對多址技術和調制室內環境下的高速傳輸提出了多載波頻域擴頻方案，可以在一定程度上抵抗符號之間的干擾，也可以讓頻譜更高效。而且用離散傅里葉的轉變作為其調制/解調部分的實現技術。該方案與OFDM比較，并不要加上發射或接收機器，所以研究價值在移動中體現[4?5]。

碼片級的差分檢驗當初是在直接的序列擴頻中出現的。這種方式跟以前的各種檢驗方式有很大不同，以擴頻碼片為基礎。目前，在假設信道的衰落參數己知的情況下，基于對系統性能的相干檢測實現對多載波頻域擴頻系統的性能研究。但是，目前主要采用基于導引符號輔助的信道估計獲得信道數據。所以，針對如何分析多載波頻域擴頻里面的信道估計，本文把檢驗的方式直接運用到其中，在沒有進行信道參數的確認時，探討了以差分檢測為基礎的多載波頻域擴頻系統的功能。仿真實驗表明，該方法可以減少載波間干擾對碼片級差分檢測的影響，改善了在時間選擇性較強的多載波頻域擴頻碼片級差分檢測信道中的性能。

1 多載波頻域擴頻碼片級差分檢測系統模型

為了不讓符號之間有干擾存在，就添加一個保護的時隙，此時的OFDM各采樣的差距就是[Ts=T（N+G）]。

在這里采用頻率選擇的衰落信號形成延遲線信道的基本模型，抽頭相差[Ts，]最大的多徑時延小于或等于[LTs，]具有普遍性，如果信道具備等功率延遲分布而且每徑功率是[1L，]也設定[G>L，]可以不去考慮多徑信道帶來的符號之間的干擾問題。

在圖1（b）的接收機中，去掉接收數據符號里面的保護時隙，而后針對接收到的第[i]個OFDM符號運行[N]解調在DFT上運行的信息。本文將重點放在了對頻域擴頻碼片級差分的檢驗，發現檢驗中的問題，所以如果運行時不注重信道在時間上的選擇，同樣會覺得發送信號經過了時間平坦?頻率選擇性的衰落[6]，因此在第

對該判決變量[Ξ，]在文獻[6]中提到通過判決變量的矩生成函數進行誤碼率分析的方法，而該方法需要得到[u]的平均值以及相關矩陣。因為[HR，I，][HI，l]是信道頻率響應的實部以及虛部，另外，信道時域沖激響應中每徑都是均值為零的高斯過程，既然這樣，[HR，I，][HI，l]的均值也應該是零，這時[NR，I，][NI，l]是高斯白噪聲的實部以及虛部，它的均值是零，所以[u]的均值矢量是[4（N+1）]的全零列矢量，即[Eu=[0]4（N+1）×1]。具備等功率延遲分布的信道頻率相關函數是：

3 數值運算及仿真實驗

數值運算及仿真實驗時采用的系統參數為： 參考802.l1a中一個OFDM符號周期的數據符號，其中，[T=3.2 ]μs，作為無信道的編碼數據來源， Walsh?Hadamard （W?H）碼的長度為64，作為擴頻序列。多載波頻域對應的擴頻系統的子載波數[N=64，]保護時隙長度[G=16]可有效地抑制符號間的干擾。采用等功率延遲信道作為仿真信道，并不會影響到分析問題時的一般性，用[L]表示多徑數目，用[Ts]表示每徑時延，用[1L]表示每徑功率，[L

圖2給出了在不同多徑數目[L]中的頻域擴頻碼片級差分檢測數據分析以及仿真結果。信道中多普勒的頻移設為100 Hz，那么根據不同的信道中碼片級差分的檢驗性能就會做不同的試驗，多徑的數量增加以后，信道的相干帶寬減少，多徑數目是6時，帶寬最小，這個時候得到的值是15 kHz，對應的子載波間隔為[1T]=6.25 kHz，此時滿足差分檢測的條件，即子載波間隔不超過信道相干帶寬。

從圖3可以看出，隨著[fdT]變大，系統誤碼率性能越來越差。當[fdT≤0.01]時，系統誤碼率的性能基本上不發生變化。當[fdT>0.1]時，信道會在時間選擇性衰落上表現得非常嚴重，此時多普勒頻移的載波間干擾就會對多載波頻域擴頻碼片級差分檢測的性能有很大影響。要使[fdT>0.1]的信道衰落情況出現的概率變小，應當設置符號時間[T]的數量級為微秒。因此，當[fdT<0.01]時，載波間干擾對多載波頻域擴頻碼片級差分檢測性能的影響不大。

從上述理論分析和仿真實驗的結果來看， 系統的性能得到進一步改善的前提條件是：隨著信道徑數[L]的不斷增加，信道相干帶寬越來越小。當[L]=6，同時信噪比的值為20 dB時，系統誤碼率的數值己經達到10-6量級，此時的信噪比為25 dB。準確的誤碼率性能是無法得到的，應為仿真的時間太長了，因此，只能給出理論分析的結果。利用整個傳輸帶寬中所有碼片上的信息，頻域擴頻碼片級差分檢測才能順利進行，利用解擴累積信號能量得出精準的判決變量。如果信號衰落了，就可以從整個的傳輸帶寬中看見，帶寬比較小的信道中，衰落聯系很少，也很少有受到衰落影響的碼片。所以，解擴并積累輸出變量才能讓差分檢驗功能提升。

4 結 論

本文利用鞍點近似分析了碼片級分差檢驗中的誤碼率，也同時做了相關的仿真測試，最終的理論與測試結果是近似一致的。仿真研究結果表明，多載波頻域擴頻碼片級差分檢測在相干帶寬較小的信道中體現出更好的性能的前提是必須具有抵抗時間平坦?頻率選擇性衰落的特質。

參考文獻

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