《窄带干扰影响下超宽带系统接收性能分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《窄带干扰影响下超宽带系统接收性能分析（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、http:/ - 1 - 窄带干扰影响下超宽带系统接收性能分析窄带干扰影响下超宽带系统接收性能分析1 齐丽娜，朱洪波 南京邮电大学通信与信息工程学院，南京（210003） E-mail: , 摘摘 要要：超宽带系统信号功率很低，并且占用很宽的频段，系统需要与其它窄带系统共存。 因此，在进行系统设计时，必须考虑窄带干扰信号对超宽带系统性能的影响。本文采用特征 函数的方法精确分析了多径信道环境下，存在 CDMA 信号干扰时直接序列超宽带系统的性 能，推导得到系统的误码率公式；最后，在基于 IEEE 802.15.3a 推荐的多径信道环境下进行 系统仿真和数值分析， 结果表明， 本文的精确分析方
2、法得到的系统性能与仿真结果基本吻合， 能够较准确的估计系统在存在 CDM 窄带信号干扰时的性能。 关键字关键字：直接序列超宽带；码分多址；窄带干扰；Rake 接收机 1 引言引言 超宽带1（UWB：Ultra Wide Band）无线通信技术具有低功耗、高速率的特点。随着超宽带系统应用的发展， 与同频和邻频系统的相互干扰问题逐渐成为研究的热点， 在进行超宽带系统设计时， 必须考虑窄带干扰系统对超宽带系统的影响。 超宽带天线通常使用的频段为300MHz-3GHz2，与超宽带共存的窄带系统主要有：GSM、UMTS/WCDMA、GPS、蓝牙、OFDM 等。文献3将窄带干扰信号与高斯噪声信号进行叠加，
3、作为一个噪声分量进行处理，分析了 AWGN 信道情况下， 存在 GSM、 WCDMA 等信号干扰时超宽带系统的性能。 文献4将窄带干扰进行高斯近似，分析了采用 Rake 接收机的低占空比超宽带系统在存在窄带干扰时系统的信干噪比（SINR：Signal to Interference Plus Noise Ratio） 。文献5采用简单近似的方法分析比较了 AWGN 信道环境下脉冲位置调制超宽带系统（PPM-UWB：Pulse Position Modulated Ultra Wide Band）与直接序列扩频（DS-SS：Directed Sequence Spread Spectrum）系统
4、的抗窄带干扰能力。文献6与文献7采用高斯近似的方法分别分析了 AWGN 信道条件下CDMA 信号与 OFDM 信号对超宽带系统的影响，然而文献8的结果表明，采用高斯近似分析方法分析多用户干扰对超宽带系统性能的影响在某些情况下不够精确，存在较大的偏差。将窄带干扰信号近似为高斯噪声来分析其对超宽带系统的影响是否能够准确估计系统性能需要进行一定的验证。文献9采用精确推导方法分析了 AWGN 信道情况下存在 BPSK 与QPSK 调制 OFDM 信号干扰时，超宽带系统的误码率性能，结果表明，将 OFDM 信号近似为高斯噪声进行分析不能准确反映系统性能。随着以 CDMA 技术为标准的第三代移动通信系统的
5、发展，有必要对多径信道环境下存在 CDMA 窄带干扰信号时超宽带系统性能进行进一步的分析研究。 本文主要对多径信道环境中，CDMA 窄带干扰信号对超宽带系统性能的影响进行精确分析。采用求取特征函数的方法对 CDMA 干扰信号特性进行确定性分析，然后根据干扰信号的特征函数推导了存在 CDMA 窄带干扰时超宽带系统的误码率公式，给出了系统性能的精确分析，最后在 IEEE 802.15.3a 推荐的 CM1 和 CM4 多径信道模型10情况下仿真了存在CDMA 窄带干扰信号情况下的超宽带系统性能，并将仿真结果与采用高斯近似方法和本文精确分析方法得到的结果进行比较。 仿真结果表明， 采用高斯近似来分析
6、窄带系统对超宽带系统的影响通常是不够准确的， 尤其当干扰功率较大或者系统信噪比较大时， 高斯近似分析方法得到的误码率性能与实际仿真结果相比存在较大的偏差， 而本文的特征函数方法得到的1本课题得到国家自然科学基金重点项目(60432040)，教育部博士点基金项目(20050293003)的资助。 http:/ - 2 - 误码率性能与实际仿真结果几乎完全吻合。 2 超宽带系统模型超宽带系统模型 采用 BPSK 调制的 DS-UWB 系统发送信号表达式如式（1）所示： =mftrmcmTtwdEts)()( （1） 其中1md是第thm数据符号，fT为帧周期，cE为每个脉冲的能量，)(twtr为发
7、射脉冲，表达式如式（2）所示： =10)()(cNictritriTtpctw （2） 其中)(tptr是能量归一化的发送单脉冲，脉冲宽度为mT，ic是扩频码第thi个码字，cT为码片周期，假设每个比特用cN个单脉冲表示。 对于超宽带系统来说，信号传播环境可以采用抽头延迟线模型11，表达式如式（3）所示： =10)()(Lllltth （3） 其中L为可达多径数，l为第thl条多径分量的时延，l为第thl条多径分量的增益。 3 存在窄带干扰时系统性能精确分析存在窄带干扰时系统性能精确分析 当存在 CDMA 信号干扰时，超宽带天线接收到的信号可以表示为： )()()()()()()(1tntst
8、stntrtrtrCDMALlllCDMAUWB+=+= =（4） 其中)(tn为双边功率谱密度为2/0N的加性高斯白噪声信号，)(ts为 BPSK 调制的 DS-UWB信号，l为接收超宽带信号的第thl条路径的传输增益，l为相应的时间延迟，和分别为 CDMA 信号的路径增益和延迟。假设干扰信号的比特周期远大于超宽带信号的帧周期，即fbTT ，发送的 CDMA 信号可以表示为： +=+=ncsbGjjnncsTGjjbTnCDMAtfjTnTtgpbtfjTtgpnTtgbts sb)2cos()()2cos()()()(1010（5） 其中1nb是第thn数据符号，) 10(Gjpj为扩频码
9、，G为扩频码长度，bT为比特周期，sT为 CDMA 信号的码片周期，cf为信号载频，)(tg为信号波形，通常采用矩形波形。 则超宽带系统 Rake 接收机的输出判决变量为： =+=+=+=+=FfCDMAUWBfFfTmmTffCDMAUWBfFfTmmTfffFfffmnISdtmTtvtntrtrdtmTtvtrxyffff11)1(1)1(1)()()()()()()(（6） 其中UWBS为有用信号分量，CDMAI为 CDMA 信号对超宽带接收机的干扰分量，n为高斯http:/ - 3 - 随机变量，)(tv为相关接收机的模板信号，定义为： =10)()()(cNictritriTtpc
10、twtv （7） 根据接收信号表达式以及接收机模板信号， 判决变量中的 CDMA 干扰分量可以表示为： +=+=ffffffTmmTff ncsbGjjnTmmTffCDMATmmTffCDMACDMAdtmTtvtfjTnTtgpbdtmTtvtsdtmTtvtrI)1(10)1()1()()(2cos()()()()()(（8） 由于fbTT ，因此在积分区间) 1( ,ffTmmT+上，1)(=sbjTnTtg，则干扰信号可以化简为： += =+=+10102/2/2)2(21010)1(22)2(Re)(ReGjNiTTfcf trfj ijmTTfjGjNiTmmTcfftrtfj
11、ijfj CDMAcffcff ccffccdiTTpecpedtiTmTtpecpeI（9） 令ccf=2，定义积分项)(cP为： +=2/2/)2()(ffcTTfcf trj cdiTTpeP（10） 超宽带系统采用高斯脉冲，p为时间归一化因子，脉冲波形如式（10）所示： 2222)(ptptretp = （11） 由于脉冲波形仅在2,2mmTT内存在，因此可以将积分区间变为),(+，则积分项)(cP可以被看作)2(fcf triTTp+的傅立叶变换： 2241622)2()( cpcediTTpePp fcf trj c=+= （12） 所以，干扰信号的闭合表达式为： =+= =101
12、0,16216)(1010)(22242242Re 2GjNijipiTjGjNiijmTTjp CDMAccpcpfccc ffcReeecpeI （13） 其中 )(cos,fcffcijjiiTmTTcpR+= （14） 定义E为求随机变量的期望，jiR,的特征函数可以表示为： )(coscos,|)(,|fcffcjiRj cpRiTmTTpcppcceEjiji +=（15） 假设jp和ic分别为 1, 01N和 1, 02N上的均匀分布，则CDMAI以为条件的特征函数可以表示为： http:/ - 4 - =10111010162,| 21|12224,)2(1NpNcGjNip
13、cpRIccpjiCDMAeNN（16） 如果干扰信号与超宽带信号同步，则0=，此时，可以得到CDMAI的特征函数。 根据上述分析得到的判决变量以及干扰信号的特征函数，可以通过对 Rake 接收机输出判决变量进行分析得到存在干扰时系统的误码率性能，即系统平均错误概率可以表示为： 0)(P(0)(P(0)P(0)P(1)0(1)1 ()0()1(+=FfCDMAUWBfFfCDMAUWBfmmenISnISyyP （17） 其中上标“(a)”(1 , 0a)表示发送比特信息。根据累积分布函数与特征函数的关系，可以由式（16）和（17）得到系统平均错误概率： =0)()()(1 21dPnISeC
14、DMAUWB（18） 其中)( UWBS，)( CDMAI，)(n分别为有用信息UWBS，干扰分量OFDMI和噪声分量n的特征函数。 4 仿真结果与分析仿真结果与分析 本节采用仿真验证的方法来验证本文精确分析方法的有效性， 首先对存在窄带干扰的超宽带系统性能进行仿真， 然后通过数值分析的方法比较采用直接干扰分析和高斯近似两种方法下的系统性能，并与仿真结果进行比较。系统主要参数设置如下：时间归一化因子nsp25. 0=，脉冲宽度nsTm5 . 0=，码片周期nsTc1=，帧周期nsTf10=，重复编码次数2=cN，干扰信号载频GHzfc8 . 1=，带宽MHzB10=，J为接收端窄带干扰信号功率，xE为接收端超宽带信号的功率， 系统发送信号功率为-41.3dBm/MHz， 信道模型采用IEEE 802.15
