專利名稱：一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法。該系統(tǒng)以高斯脈沖為發(fā)射脈沖，以沃爾什序列和橋函數(shù)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(guān)區(qū)的三值橋函數(shù)序列比沃爾什序列具有更好的誤碼率性能。本發(fā)明屬于認(rèn)知無線電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近二十年里，隨著社會發(fā)展，人們對無線通信的需求迅速增加，無線網(wǎng)絡(luò)快速增長。因許多主要無線頻譜已經(jīng)分配給特定的應(yīng)用，頻譜的稀缺變得越來越嚴(yán)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(lǐng)域一個十分重要和艱巨的任務(wù)。最近測試表明授權(quán)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(shù)被一些研究機構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)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(shù)(UltraWideband，UffB)和認(rèn)知無線電技術(shù)(Cognitive Radio, CR)。這兩種技術(shù)因其誘人的應(yīng)用前景而發(fā)展迅速。并且由于它們在頻譜重用方式，技術(shù)實現(xiàn)層面等諸多不同， 將兩種技術(shù)相結(jié)合的進(jìn)一步研究新奇關(guān)注。超寬帶技術(shù)自上世紀(jì)90年代起應(yīng)用于民用領(lǐng)域之后，在國際上掀起了一股研究熱潮，被認(rèn)為是下一代無線通信的革命性技術(shù)。超寬帶作為一種與傳統(tǒng)技術(shù)有很大不同的無線通信技術(shù)，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(shù)。超寬帶技術(shù)目前可分為兩類基于窄脈沖式的沖擊類UWB和基于調(diào)制載波擴頻式的載波類UWB。認(rèn)知無線電作為一種革命性智能頻譜共享技術(shù)，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(guān)注。認(rèn)知無線電的概念是軟件無線電的進(jìn)一步拓展作為一種全新的智能無線通信技術(shù)，認(rèn)知無線電涵蓋面更為廣泛，認(rèn)知無線電的功能也更加強大。本發(fā)明通過矩陣實驗室/仿真軟件(MATLAB/SIMULINK)為基本仿真環(huán)境，以襯底 (Underlay)方式為接入技術(shù)，以高斯脈沖為發(fā)送脈沖，以三值橋函數(shù)序列為擴頻序列，搭建起基于超寬帶認(rèn)知無線電的軟件仿真平臺，通過沃爾什序列和具有不同零相關(guān)區(qū)長度的橋函數(shù)序列作為擴頻序列并對仿真結(jié)果進(jìn)行對比，仿真結(jié)果表明，具有零相關(guān)區(qū)的三值橋函數(shù)序列具有比沃爾什序列具有更好的抗多徑和多址干擾的能力，而且零相關(guān)的長度越長， 抗多徑和多址干擾的能力也越強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法， 在此系統(tǒng)下，從仿真結(jié)果可以看到，通過采用不同的擴頻序列，具有零相關(guān)區(qū)的三值擴頻序列，比沃爾什序列具有更好的抗多徑干擾和抗多址干擾的能力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)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(shù)序列作為擴頻序列輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中，并通過改變橋函數(shù)序列的移位參數(shù)j， 以增大橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)，從系統(tǒng)最后所得到的仿真結(jié)果即誤碼率曲線可以看到，具有零相關(guān)區(qū)的橋函數(shù)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干擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數(shù)序列作為擴頻序列分別輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中， 通過仿真結(jié)果可以看到，在橋函數(shù)移位參數(shù)比較小即橋函數(shù)的零相關(guān)比較小的時候，采用m 序列的系統(tǒng)比采用橋函數(shù)序列的系統(tǒng)抗多徑干擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關(guān)函數(shù)除零點外是一個恒定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數(shù)移位參數(shù)的增大，即零相關(guān)逐漸變長的情況下，采用橋函數(shù)序列作為擴頻序列的系統(tǒng)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(tǒng)抑制多徑干擾的能力；現(xiàn)在考慮多用戶系統(tǒng)下采用互相關(guān)函數(shù)具有零相關(guān)的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址干擾的能力；我們構(gòu)建了一個有兩個用戶存在的超寬帶認(rèn)知無線電系統(tǒng)，使具有零相關(guān)區(qū)的橋函數(shù)序列和一類特殊的互相關(guān)函數(shù)恒為0的橋函數(shù)智能碼序列作為系統(tǒng)的擴頻序列，仿真結(jié)果表明，隨著移位參數(shù)的增大，零相關(guān)區(qū)也越來越大，系統(tǒng)抑制多址干擾的能力也越來越強，當(dāng)采用互相關(guān)函數(shù)恒為0的橋函數(shù)智能碼序列時，系統(tǒng)的誤碼率性能最好，即抑制多址干擾的能力達(dá)到最好。其中，在步驟一中的單用戶系統(tǒng)中，橋函數(shù)作為擴頻序列在系統(tǒng)中使用。橋函數(shù)序列是一種三值序列，有明顯的零相關(guān)區(qū)。而大量的文獻(xiàn)中已經(jīng)證明，含有零相關(guān)區(qū)的的擴頻序列可以明顯的降低多徑干擾。而且作為橋函數(shù)中的移位參數(shù)j決定了橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)的長度，隨著移位參數(shù)j的增大，橋函數(shù)零相關(guān)區(qū)的長度也在逐漸增大，而沃爾什函數(shù)卻沒有類似的性質(zhì)。所以在步驟一所采用的仿真過程中，我們采用了不同移位參數(shù)的橋函數(shù)序列和沃爾什序列進(jìn)行對比，隨著移位參數(shù)的變化，橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)的長度也在逐漸增大， 則系統(tǒng)抗多徑干擾的能力也越來越強。其中，在步驟二中的單用戶系統(tǒng)中，我們采用m序列和不同移位參數(shù)的橋函數(shù)序列作為擴頻序列用到系統(tǒng)中。m序列是一種廣為使用的擴頻序列，其自相關(guān)函數(shù)除了在零點處有一個尖峰值外，在其余點處是一個恒定值，而且非常接近零。在步驟二所述的內(nèi)容我們提到過，當(dāng)橋函數(shù)序列移位參數(shù)j比較小時，即零相關(guān)區(qū)的長度比較小時，橋函數(shù)序列的抗多徑干擾的能力不如m序列，就是因為m序列的自相關(guān)函數(shù)非常接近0。當(dāng)橋函數(shù)的移位參數(shù)j逐漸增大時，零相關(guān)區(qū)逐漸增大，抗多徑干擾能力自然逐漸增強。所以當(dāng)使用零相關(guān)區(qū)比較大的橋函數(shù)序列時，其抗多徑干擾的能力要比m序列好。在m序列和橋函數(shù)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(shù)序列的準(zhǔn)則。其中，在步驟三中所述的多用戶系統(tǒng)中，我們采用了兩個用戶的系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，我們分別采用了普通橋函數(shù)序列和一類特殊的橋函數(shù)序列即橋函數(shù)智能碼序列作為系統(tǒng)的擴頻序列。眾多參考文獻(xiàn)已經(jīng)證明，多用戶系統(tǒng)中所存在的多址干擾由擴頻序列的互相關(guān)函數(shù)決定。普通的橋函數(shù)序列族中不同序列的互相關(guān)函數(shù)具有明顯的零相關(guān)區(qū)，可以降低多用戶之間存在的多址干擾。而一類特殊的橋函數(shù)序列，即橋函數(shù)智能碼序列其互相關(guān)函數(shù)恒為0。理論上可以證明，當(dāng)互相關(guān)函數(shù)恒為0時，應(yīng)具有最好的抗多址干擾的性能。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(tǒng)中，仿真結(jié)果驗證了理論結(jié)果，采用智能碼序列的系統(tǒng)比普通的橋函數(shù)序列具有更好的誤碼率性能，即更優(yōu)良的抗多址干擾的能力。3、本發(fā)明具有以下的優(yōu)點和積極效果1)本發(fā)明構(gòu)建了基于互補橋函數(shù)序列的采用Underlay接入技術(shù)的認(rèn)知無線電軟件仿真系統(tǒng)。通過采用橋函數(shù)序列作為擴頻序列，可以驗證具有零相關(guān)區(qū)的三值序列比二值序列具有更好的抗多徑干擾的能力。2)本發(fā)明所構(gòu)建的認(rèn)知無線電系統(tǒng)采用一種特殊的橋函數(shù)序列即智能碼序列作為擴頻序列，此序列的互相關(guān)函數(shù)恒為0，可以有效地增強系統(tǒng)抗多址干擾的能力。


圖1本發(fā)明的用戶軟件仿真系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖2采用4X8序列矩陣和橢球波函數(shù)正交脈沖的系統(tǒng)誤碼率示意圖。圖3采用8 X 16序列矩陣和橢球波函數(shù)正交脈沖的系統(tǒng)誤碼率示意圖。圖4以普通的橋函數(shù)序列作為擴頻序列時多用戶系統(tǒng)的誤碼率性能示意圖。圖5以一類特殊橋函數(shù)序列即智能碼序列為擴頻序列時多用戶系統(tǒng)的誤碼率性能示意圖。圖6為本發(fā)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(fā)機；其中UWB表示超寬帶無線通信技術(shù)；其中RAKE表示相關(guān)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(shù)；其中Bridge表示橋函數(shù)；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(fā)明一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)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(shù)序列作為擴頻序列輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中，并通過改變橋函數(shù)序列的移位參數(shù)j， 以增大橋函數(shù)的零自相關(guān)區(qū)，從系統(tǒng)最后所得到的仿真結(jié)果即誤碼率曲線可以看到，具有零相關(guān)區(qū)的橋函數(shù)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干擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數(shù)序列作為擴頻序列分別輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中， 通過仿真結(jié)果可以看到，在橋函數(shù)移位參數(shù)比較小即橋函數(shù)的零相關(guān)比較小的時候，采用m 序列的系統(tǒng)比采用橋函數(shù)序列的系統(tǒng)抗多徑干擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關(guān)函數(shù)除零點外是一個恒定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數(shù)移位參數(shù)的增大，即零相關(guān)逐漸變長的情況下，采用橋函數(shù)序列作為擴頻序列的系統(tǒng)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(tǒng)。在圖1中，數(shù)據(jù)源(Data Source,DS) 子系統(tǒng)中的伯努利二進(jìn)制信號發(fā)生器(Bernoulli Binary Generator, BBG)生成隨機二進(jìn)行制信息數(shù)據(jù)0和1并通過單級-雙極轉(zhuǎn)換器(unipolar to bipolar converter, UBC)模塊變成為-1和1。在UWB脈沖產(chǎn)生器子系統(tǒng)中，產(chǎn)生高斯脈沖波形。輸出波形在數(shù)據(jù)調(diào)制 (DataModulation，DM)子系統(tǒng)中的進(jìn)行二相相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK) 調(diào)制。則傳輸信號可表示為
權(quán)利要求
1.一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于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(shù)序列作為擴頻序列輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中，并通過改變橋函數(shù)序列的移位參數(shù)j，以增大橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)；從系統(tǒng)最后所得到的仿真結(jié)果即誤碼率曲線看到，具有零相關(guān)區(qū)的橋函數(shù)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干擾的能力；步驟二，將m序列和橋函數(shù)序列作為擴頻序列分別輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中，通過仿真結(jié)果看到，在橋函數(shù)移位參數(shù)比較小即橋函數(shù)的零相關(guān)比較小的時候，采用m序列的系統(tǒng)比采用橋函數(shù)序列的系統(tǒng)抗多徑干擾的能力略微要好，這是因為m序列的自相關(guān)函數(shù)除零點外是一個恒定的值，而且非常接近0，但是隨著橋函數(shù)移位參數(shù)的增大，即零相關(guān)逐漸變長的情況下，采用橋函數(shù)序列作為擴頻序列的系統(tǒng)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(tǒng)抑制多徑干擾的能力；現(xiàn)在考慮多用戶系統(tǒng)下采用互相關(guān)函數(shù)具有零相關(guān)的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址干擾的能力；我們構(gòu)建了一個有兩個用戶存在的超寬帶認(rèn)知無線電系統(tǒng)，使具有零相關(guān)區(qū)的橋函數(shù)序列和一類特殊的互相關(guān)函數(shù)恒為0的橋函數(shù)智能碼序列作為系統(tǒng)的擴頻序列，仿真結(jié)果表明，隨著移位參數(shù)的增大，零相關(guān)區(qū)也越來越大，系統(tǒng)抑制多址干擾的能力也越來越強，當(dāng)采用互相關(guān)函數(shù)恒為0的橋函數(shù)智能碼序列時，系統(tǒng)的誤碼率性能最好，即抑制多址干擾的能力達(dá)到最好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法， 其特征在于在步驟一中的單用戶系統(tǒng)中，橋函數(shù)作為擴頻序列在系統(tǒng)中使用，橋函數(shù)序列是一種有明顯零相關(guān)區(qū)的三值序列，含有零相關(guān)區(qū)的的擴頻序列能明顯的降低多徑干擾， 而且作為橋函數(shù)中的移位參數(shù)j決定了橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)的長度，隨著移位參數(shù)j的增大， 橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)的長度也在逐漸增大，而沃爾什函數(shù)卻沒有類似的性質(zhì)；所以步驟一所采用的仿真過程中，采用了不同移位參數(shù)的橋函數(shù)序列和沃爾什序列進(jìn)行對比，隨著移位參數(shù)的變化，橋函數(shù)的零相關(guān)區(qū)的長度也在逐漸增大，則系統(tǒng)抗多徑干擾的能力也越來越強。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法， 其特征在于在步驟二中的單用戶系統(tǒng)中，采用m序列和不同移位參數(shù)的橋函數(shù)序列作為擴頻序列用到系統(tǒng)中；m序列是一種擴頻序列，其自相關(guān)函數(shù)除了在零點處有一個尖峰值外，在其余點處是一個恒定值，而且非常接近零；當(dāng)橋函數(shù)序列移位參數(shù)j比較小時，即零相關(guān)區(qū)的長度比較小時，橋函數(shù)序列的抗多徑干擾的能力不如m序列，就是因為m序列的自相關(guān)函數(shù)非常接近0 ；當(dāng)橋函數(shù)的移位參數(shù)j逐漸增大時，零相關(guān)區(qū)逐漸增大，抗多徑干擾能力自然逐漸增；所以當(dāng)使用零相關(guān)區(qū)比較大的橋函數(shù)序列時，其抗多徑干擾的能力要比 m序列好；在m序列和橋函數(shù)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(shù)序列的準(zhǔn)則。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)建方法， 其特征在于在步驟三中所述的多用戶系統(tǒng)中，采用了兩個用戶的系統(tǒng)；在這個系統(tǒng)中，分別采用了普通橋函數(shù)序列和一類特殊的橋函數(shù)序列即橋函數(shù)智能碼序列作為系統(tǒng)的擴頻序列；多用戶系統(tǒng)中所存在的多址干擾由擴頻序列的互相關(guān)函數(shù)決定；普通的橋函數(shù)序列族中不同序列的互相關(guān)函數(shù)具有明顯的零相關(guān)區(qū)，降低多用戶之間存在的多址干擾；而一類特殊的橋函數(shù)序列，即橋函數(shù)智能碼序列其互相關(guān)函數(shù)恒為0 ；理論上能證明，當(dāng)互相關(guān)函數(shù)恒為0時，應(yīng)具有最好的抗多址干擾的性能；把這這類智能碼序列作為擴頻序列用到 2個用戶的系統(tǒng)中，仿真結(jié)果驗證了理論結(jié)果，采用智能碼序列的系統(tǒng)比普通的橋函數(shù)序列具有更好的誤碼率性能，即更優(yōu)良的抗多址干擾的能力。
全文摘要
一種基于互補橋函數(shù)序列認(rèn)知無線電仿真系統(tǒng)的構(gòu)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(shù)序列作為擴頻序列輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中；步驟二，將m序列和橋函數(shù)序列作為擴頻序列分別輸入到所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)中；步驟三，以上的步驟一和步驟二考慮的是單用戶系統(tǒng)抑制多徑干擾的能力；現(xiàn)在考慮多用戶系統(tǒng)下采用互相關(guān)函數(shù)具有零相關(guān)的橋函序列作為擴頻序列時其抑制多址干擾的能力；本發(fā)明構(gòu)建了基于互補橋函數(shù)序列的采用Underlay接入技術(shù)的認(rèn)知無線電軟件仿真系統(tǒng)。通過采用橋函數(shù)序列作為擴頻序列，驗證了具有零相關(guān)區(qū)的三值序列比二值序列具有更好的抗多徑干擾的能力。
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(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者周正, 楊洪旗, 洪晟, 陶文輝 申請人:北京航空航天大學(xué)