多径传播的超宽带通信编码的误码率

【前言】多径传播的超宽带通信编码的误码率由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。在超宽带通信中，由于其编码信号在信道中传输时易受环境干扰的影响产生多径传播，导致传输信号发生衰落，接收机得到的传输信号误码率较高。并且由误码率计算公式知，编码信号序列长度与通信误码率成正比，而传统的Gold编码方式是直接将两个m序列模2运算，得到的编码信...

1引言

随着无线通信技术的发展和广泛应用，频谱资源日益紧张，超宽带通信技术以其传输速率高、安全性好、功耗低、分辨率高、穿透力强，尤其是占用频谱少的诸多优点被人们关注并大量使用。过去超宽带通信常用于地质探测、医务监护、人员搜救等雷达探测领域［1］。近年来随着通信技术的发展，人们逐渐将超宽带技术应用在通信领域中。由于超宽带通信具有隐蔽性好、抗多径衰落等特点，可以与传统的无线系统共享频率资源且不会造成相互破坏性干扰，因此，超宽带通信被广泛应用在保密性要求较高和在多径密集环境中的无线通信中［2］。超宽带通信的广泛应用，使其与人们的生活越来越紧密，逐渐得到了研究学者们的重视，并成为了通信领域的研究热点问题。但是传统的超宽带通信使用的是Gold编码方式，由两个码钟速率相同、码长相等的m序列优选对进行模2操作得到的，通过改变两个优选对序列的相对的相位得到新的Gold序列。这样通过Gold编码得到的编码序列虽然具有良好的自相关和互相关特性，但是由于产生的序列较长，当超宽带通信由于外界的干扰出现多径传播时，传统的Gold编码无法克服多径传播后信号的衰落［3］，造成传播编码误码率较高的问题。因此，寻找新的编码方式来克服多径传播中误码率高的问题，成为超宽带通信领域的研究重点。针对传统Gold编码在多径传播中误码率较高的问题，本文提出一种基于截短平衡Gold码的超宽带通信编码算法。通过将传统的Gold码窗函数截短后再进行平衡处理，然后采用PAM调制后通过Intel信道传输，这样将Gold截短就增强了信号反射性减少了信号衰减，取其平衡码传输降低了传播误码率，避免了传统的Gold码在多径传播中误码率较高的问题。

2超宽带通信的原理

超宽带通信以其隐蔽性好、低功耗等优点被广泛应用在通信传播中。超宽带通信使用的是纳秒级的窄脉冲来传送数据，控制脉冲发射时间的是每个用户的接入序列，利用脉冲本身来携带信息，而不是传统的无线通信中载波传输的方式［4］。超宽带通信的原理框图如图1所示。由原理框图可以看出，超宽带通信易受外界环境的干扰。在编码信号传送过程中，由于墙壁等环境中障碍物的存在，传输信号会发生散射、衍射、折射，使得编码信号的传输路径变成了多条信道，即信号在多径信道中传输，这样通过多径信道传输后的信号能量、频率、相位都发生了改变，在接收机中将多径传播得到的多个信号叠加时，就会导致信号的衰落，且不同信号叠加得到的输出信号会产生误码，得不到传送端传送的准确信号。但是，传统的Gold码超宽带通信，为了得到良好的自相关性和互相关性，通过将两个码钟速率相同、码长相等的m序列优选对进行模2操作完成传输信号的编码［5］。假设对长度都为m的F1和F2进行Gold编码，编码公式为:G(F1，F2)=G(F1)G(F2)(1)由此可知，通过Gold编码得到的编码序列较长，长度为2m。由于信号序列越长，越容易发生散射、折射、衍射等变化。所以传统的Gold码在信道中传输时，更容易产生多径传播，造成信号通过多径传播后出现信号衰落、信号传播误码率高的问题。由超宽带通信误码率的计算公式得:P=l•R(F1)R(F2)λ(F1，F2)×100%(2)式中，P表示通信误码率，l是编码信号的序列长度，R(F1)是信号F1的自相关函数，R(F2)是信号F2的自相关函数，λ(F1，F2)是信号F1和F2的互相关函数。从式(2)可以看出，超宽带通信的误码率与编码序列的长度成正比，编码序列的长度越长，通信误码率就越高，反之则越低。由此可见，由于传统的Gold编码得到的编码信号序列较长，在多径信道中传输时很容易发生信号的衰落，得到的超宽带通信传输的误码率很高，显然传统的Gold码超宽带通信方式不能满足人们对超宽带通信传输准确率的要求。因此，为了提高通信准确率，降低传输误码率，提出一种基于截短平衡Gold码的超宽带通信编码算法。通过将传统的Gold码窗函数截短后再进行平衡处理，然后采用PAM调制后通过Intel信道传输，这样将Gold截短就增强了信号反射性减少了信号衰减，取其平衡码传输降低了传播误码率，避免了传统的Gold码在多径传播中误码率较高的问题。

3截短平衡Gold码的超宽带通信

在超宽带通信中，由于其编码信号在信道中传输时易受环境干扰的影响产生多径传播，导致传输信号发生衰落，接收机得到的传输信号误码率较高。并且由误码率计算公式知，编码信号序列长度与通信误码率成正比，而传统的Gold编码方式是直接将两个m序列模2运算，得到的编码信号序列较长，使得传输的误码率较高。因此，文中提出一种新的编码方式对信号进行编码，使编码信号既满足自相关性、互相关性良好，又能使信号序列尽可能短，以降低信号在多径信道中传输的误码率。

3．1截短平衡Gold码的生成

在超宽带通信中经常将待传送信号编码成伪随机码来进行通信，伪随机码具有周期性和规律性，并且相关函数具有尖锐的特性，易于从其他若干信号干扰中分离出来，因此被广泛应用在超宽带通信领域。在超宽带通信的伪随机码中最基础的是m序列，许多码序列都是基于m序列研究出来的，因此m序列占有重要的基础地位。m序列的产生公式为:F(x)=a0+a1x1+．．．+anxn(3)式中，F(x)为产生的m序列，ai是系统反馈系数，若ai=1则表示该处有系统反馈，若ai=0则表示该处没有系统反馈。由于单一的m序列不能安全编码待传输信号，所以需将多个m序列按照一定的编码规则组合使用，以求得到高编码质量的编码序列。Gold码就是一种利用m序列组合出的高质量的编码方式，原理是将码长度相等、码钟速率相同的两个m序列对进行模2运算得到的，通过改变序列的相对相位来得到更多新的Gold序列。设待编码的信号是两个长度都为m的信号F1和信号F2，对这两个待传输信号进行Gold编码，编码公式为:G(F1，F2)=G(F1)G(F2)(4)式中，G(F1，F2)就是得到的Gold编码序列，并且得到的编码序列的长度为2m。通过研究分析知，超宽带通信中通信的误码率与编码序列的长度成反比，所以传统的Gold编码得到的码序列过长，在信道中传输时易受环境中的干扰而产生多径传播，造成信号的衰落，使得接收端信号的误码率较高，因此，设想如果保持编码序列的自相关性和互相关性不变，编码序列传输信号的能力不变，但是将Gold编码窗函数减短，并取其平衡码，就能准确实现超宽带信号的传输，并且避免多径传播中的高误码率问题。编码序列过长在信道中传输时就容易受外界环境的干扰产生衍射、反射、折射等造成信号的衰落，因此利用窗函数将Gold码进行截短，在保证编码特性不变的情况下减小编码的长度，窗函数截短公式为:0．6＜α＜0．8时，去掉α≤0．6或α≥0．8时，{保留(5)式中，α为截短比例，与序列的级数m有关，若原编码序列周期是P，截短后的序列周期为E，则要保证截短后序列仍能保持原序列的特征，满足相应的相关特性，需要符合公式:E＞α•P(6)这样通过窗函数就可以将较长的Gold序列截短。截短后的序列虽然能够避免超宽带通信中的多径传播，但是序列很不稳定，易受外界电磁干扰影响产生乱码，若将编码序列作平衡运算可得到稳定的编码。平衡码的概念是码序列中码元“1”的个数比码元“0”的个数多1个。在编码序列个数为2m+1的Gold码序列中，平衡码的数量计算公式为:M=2m－1+1m为奇数2m－1+2m－2+1m{为偶数(7)得到的截短平衡Gold码的相关特性计算公式为:R1=－1;R2=2n+12－1n为奇数R1=－1;R2=2n+22－1n{为偶数(8)这样得到的平衡截短Gold码就能够克服外界干扰造成的多径传播时的信号衰落和误码率较高的问题。

3．2超宽带通信传输信道

信道模型的构建直接影响到超宽带通信的通信质量和效率，实际传输信道受外界环境的干扰易发生参数变化，使得系统的性能大大降低，因此构建符合实际情况的传输信道，避免环境中各种因素对信道参数的干扰，能够大大提高超宽带通信的通信质量。传统的超宽带通信信道模型的冲激响应公式表示为:h(t)=X∑Nn=1αnkδ(t－Tn)(9)式中，X是代表信道幅度的增益的对数正态随机变量，N是观测到的可能的信道数目，αnk是第k条路径的系数，Tn是信号通过路径到达的时间。通过公式可以看出，在信道受外界环境的影响时，其信道参数并没随之做出调整，造成传输的信号发生衰落，所以需要将外界环境对信道的影响考虑进去，改进后的信道模型冲激响应公式为:h'(t)=X∑Nn=1∑K(n)k=1αnkδ(t－Tn－τnk)(10)式中，K(n)是区域内受环境影响而产生的多径信道的数目，τnk是第k条干扰路径通过的时延。这样通过调整信道模型的参数，将环境的影响量化到信道模型中，就避免了环境对信道的干扰，保证了传输信号的质量，防止产生信号衰落。传输信号通过编码后进入信道传输，最后进入接收机进行接收并识别，最终成功完成超宽带信号的通信。接收机端的接收信号可表示为:r(t)=∑ajsm(t－τj)+n(t)=X∑Nn=1∑K(n)k=1αnkaj(t－jTs－φj－τnk)+n(t)(11)式中，n(t)为接收机端的高斯白噪声，aj是第j个发射信号的脉冲幅度，Ts是脉冲的重复周期，φj是第j个发射信号的时间变化差。4实验结果及分析

构建一个超宽带通信网络，分别采用传统的Gold码和改进的阶段平衡Gold码对传输信号进行编码，并在有外界干扰的多径信道中传输，记录两种方式下通信耗时，并通过公式P=l•R(F1)R(F2)λ(F1，F2)×100%计算两种方式下的通信误码率，并作出比较分析。两种方法的通信误码率对比折线图如图2所示。由图2可以看出，传统的Gold码超宽带通信在外界干扰很少，即产生的多径信道数目不多时其通信误码率较低，但是随着外界环境干扰多径信道数目增多，通信误码率急剧升高，并且通信误码率的增长速度高于多径信道数目增长的速度。而截短平衡Gold码的超宽带通信，能够有效去除外界环境的影响，通信误码率控制在一定的合理范围内，保证通信质量。两种方法实验数据对比如表1所示。由表1的数据对比可以看出，截短平衡Gold码通过将传统的Gold码截短并取其平衡码，使得编码的长度为2m+1，远短于传统的Gold码2m的长度，有效避免了外界环境的干扰，增强了信号的抗干扰能力，减少了信号的衰落，最终通过接收机收到的信号误码率很低，从表中可以看出通信误码率远低于传统的Gold编码方式的误码率。并且截短平衡码不仅降低了误码率，而且还减少了通信耗时，大大提高了通信效率。从实验结果分析知，截短平衡Gold码超宽带传输方式能够有效去除外界环境的干扰，实现高效率、高质量的通信，满足了人们对超宽带通信的要求。

5结束语

本文提出一种基于截短平衡Gold码的超宽带通信编码算法。通过将传统的Gold码窗函数截短后再进行平衡处理，然后采用PAM调制后通过Intel信道传输，这样将Gold截短就增强了信号反射性减少了信号衰减，取其平衡码传输降低了传播误码率，避免了传统的Gold码在多径传播中误码率较高的问题。实验证明，这种方法提高了通信的质量，降低了通信误码率，取得了满意的结果，具有很高的使用价值。