一種改進的混合多進制正交擴頻技術*

周 軍，王青松，嚴大媛

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

0 引 言

直接序列擴頻通信系統(DSSS)以抗干擾能力強、功率譜密度低、具有隱蔽性和低截獲率等優點，而獲得日益廣泛的應用。但擴頻通信的抗干擾能力是以擴展信號帶寬為代價的，在短波等信道帶寬受限而又要求一定處理增益的環境中，傳統直擴系統就無能為力了。多進制正交擴頻技術就是解決此問題的一種行之有效的方法。一般地，在M進制正交擴頻系統中，擴頻序列由M個長為N的正交碼集組成，每個碼字傳輸k=log2M比特信息。因為每個擴頻碼都對應于k個信息比特，所以在信息速率一定的情況下，多進制擴頻系統的帶寬僅為傳統擴頻系統的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合[1-2]。

本文針對傳統的多進制正交擴頻技術提出了一種混合多進制擴頻技術方案，在相同的傳輸帶寬和傳輸速率下提高的系統的傳輸性能。

1 系統模型

1.1 傳統的多進制擴頻模型

多進制擴頻系統的發射端基本原理如圖1所示，多進制擴頻實際上是一種(N,k)編碼，即k位信息碼由長為N的隨機碼來代表k位信息碼有M=2k個狀態，則該多進制擴頻系統稱為M進制擴頻系統，M進制擴頻系統需要M條長為N的相互正交的偽隨機碼來表示k位信息碼的M個狀態，M條長為N的偽隨機碼與k位信息碼的M個狀態是一一對應關系。

接收端通過匹配濾波以及解擾碼后，用M條擴頻碼序列與接收信號做相關運算，通過找出相關值中的最大值對應的序列求出相應的比特信息，具體如圖2所示。

圖1 傳統多進制正交擴頻發射端

圖2 傳統多進制正交擴頻接收端

1.2 混合多進制擴頻系統模型

傳統的多進制擴頻在相同信號帶寬和傳輸時間內只傳輸了k個比特信息，本文參考文獻[3]中的循環移位正交鍵控（CSOK）方式，研究混合多進制擴頻技術，在相同的信道帶寬和擴頻偽碼長度條件下，混合多進制正交擴頻技術能達到更高的信息傳輸速率。另外如果我們在信號帶寬和傳輸速率不變的情況下，可以提高系統的擴頻碼長，從而提高系統的抗噪能力。

圖3所示是混合多進制擴頻的原理框圖，混合多進制擴頻主要由兩部分組成，一部分是多進制擴頻，另一部分是差分調制。用p表示di承載的比特數，k表示一個擴頻碼攜帶的比特數，此時一個混合多進制擴頻符號可攜帶比特信息為：u=k+p，如圖所示，在第i個符號周期，混合多進制擴頻符號可以表示為：

其中，di表示第i個差分調制符號，ci是第i個擴頻碼。

為了保證多進制擴頻信號能夠工作在低信噪比等信道環境較差的環境下，多采用非相關接收，具體原理框圖如圖4所示。接收信號經過匹濾波器和去擾碼后接收信號向量用y表示，然后通過

圖3 混合多進制擴頻發送端

圖4 混合多進制擴頻接收端

其中，(·)*表示取共軛運算，另外對多進制擴頻比特的估計可以對相關值進行最大值比較得到：

具體的軟解調信息如文獻[4-5]所示。另外根據最大相關值信息通過再進行差分解調，即可得到差分解調信息 ?id，根基 ?im和 ?id就可以得到解調的比特信息。

2 仿真性能

本文以美軍短波MIL-STD-188-141B標準[6]中的3G波形中的BW1波形為研究對象，采用傳統多進制擴頻和混合多進制擴頻的仿真參數如表1所示。從參數可以看出，兩種方式在信號帶寬、傳輸速率、編碼方式等參數上都是相同的，唯一不同的是混合多進制擴頻和傳統多進制擴頻方式上擴頻碼長由原來的64變成了96，調制方式由原來的BPSK變成了DQPSK。圖5所示是兩種方式的性能比較，從仿真結果可以看出，在加性高斯白噪聲信道環境下，在殘余頻偏為0 Hz和1 Hz條件下，混合多進制擴頻在性能上有0.5 dB的增益。

表1 仿真參數

圖5 仿真性能

3 結 語

本文闡述了多進制擴頻技術的原理，并在傳統的多進制擴頻基礎上提出了一種改進的混合多進制擴頻技術，通過多進制擴頻與差分調制相結合，在相同信號帶寬和傳輸速率的基礎上提高了系統的傳輸性能，并針對短波3G中的BW1波形進行了仿真驗證，仿真結果也驗證了該技術確實能夠提升系統的傳輸性能。