双软扩频与π／4DPSK复合调制系统建模仿真

摘要：为了有效提高系统的抗干扰能力，在已有软扩频的基础上，提出了一种新的双软扩频与π／4DPSK复合调制系统，即发送端数据经过串并转换后，选取两组正交码扩频并与π／4DPSK调制信号复合后调制载波，接收端下变频后使用比特软值解调恢复出发送数据。并进行了系统建模和在AWGN和多径信道下的误码率性能仿真。结果表明，新系统在BER=10-5时比传统的硬判决解调算法性能提高约3 dB，具有较好的抗干扰与抗多径能力。
关键词：软扩频；卷积编码；差分解调；比特软值；多径

    软扩频又称多进制正交扩频，是一种高效的扩频调制方式，它是从直接序列扩频技术衍生而来的一种新型基带扩频技术，与传统的直接序列扩频技术相比，它在相同的信息速率和系统带宽条件下具有更高的扩频增益，能够有效解决传输带宽和处理增益之间的矛盾。π／4DESK是一种比较适合衰落信道传输的调制方式，在移动通信中得到了广泛使用，其解调不需要相干载波，因而不存在相位模糊等问题。文献对双软扩频系统进行了性能分析，但I、Q两路采用同一组扩频码集合，增加了后续解调工作的复杂度，同时受限于硬判决方式，系统性能有进一步提升的空间。文献和文献给出了双软扩频系统的软信息提取算法，并进行了FPGA实现，由于仅使用了软扩频，与复合系统相比，解调端需要更多的相关器，复杂度较高。文献提出了DNOrth-MDPSK的差分解调算法，从理论上进行了分析，但所提算法较复杂，不方便工程实现。
    针对这一情况，笔者提出了一种新的双软扩频与π／4DPSK复合调制系统，即将2路软扩频信号与1路π／4DPSK差分相位调制信号进行复合后分别经I路和Q路同时进行传输，在接收端使用比特软值进行解调，对所提系统使用Matlab／Simulink进行了建模，并对所建模型在AWGN与多径信道下进行了误码率性能仿真。

1 双软扩频与π／DPSK调制结构
    双软扩频与π／4DPsK调制结构如图1所示，数据经串并转换分为3路，2路1bM bit数据进行软扩频，分别从2个维的正交扩频码集合WI和WO中各选择一个正交序列，1路2 bit数据进行π／4DPSK调制。

    设在第n个符号周期内两支路发送的扩频码序列分别为

，第n个符号与第n-1个符号的相位差为△θ，则发送信号的等效低通表达式为：
   

    式中：TS为符号周期；(n-1)Ts≤t≤nTs。相位差△θ根据π／4DPSK调制，由表1决定。

    对基带信号上变频，载波exp(jωct)，则发射信号表达式为：
   

2 双软扩频与π／4DPSK解扩解调软值
    接收信号为：

    双软扩频解扩软值是利用当前两正交支路的所有相关值

，根据最大似然准则，进行联合两支路解扩获得比特软值。I、Q两支路第kbit数据的软值为：
   

   

    式中消除了载波残留项。
    π／4DPSK解调软值是利用解扩的中间结果，根据最大后验概率准则，进行差分相位解调获得比特软值。第kbit数据的软值为：

    根据上述公式做出双软扩频与π／4DPSK复合调制系统的解扩解调框图，如图2所示。

3 系统建模与仿真验证
    为验证与评估新系统，在前面分析的基础上，使用Matlab／Simulink仿真工具，在AWGN和多径信道下对上述算法进行了系统建模与仿真。
    所建模型选择如下参数：软扩频所用进制M=8，串并转换为3路，2路3 bit进行软扩频，1路2 bit进行π／4DPSK调制；信道编码采用(4，3，7)卷积编码，译码采用Viterbi软译码；I、Q两支路

维正交扩频码集合采用长度为32的M序列移位实现；AWGN信道，多径模型为两径，反射系数0．8，最大多径延迟3 bit；解调端载波相位偏移π／3。
    在Simulink建模过程中，使用Simulink的基本工具箱(Simulink)、通信工具箱(Communications Blockset)、信号处理工具箱(Signal Processing Blockset)等3个工具箱，为方便根据所建系统模型进行工程实现，模型中主要采用基本的逻辑模块，如Buffer、Unbuffer、Demux、LookupNDDirect、Unit Delay、MinMax、Sum等，建立逻辑级模型，可直接映射为FPGA代码。根据图1、图2所示框图，系统模型主要由卷积编码、串并转换、π／4DPSK调制、软扩频调制、多径和AWGN信道、相关值运算、Viterbi译码等模块组成，调制端模型如图3所示，解扩解调端模型如图4所示。

    对所建系统模型，在AWGN与多径信道下进行了误码率性能仿真，并与传统的硬判决解调算法进行比较，得到性能曲线如图5所示。可以看出，对于比特软值解调算法，当Eb／No=10dB时，BER=10-5，比传统的硬判决解调算法约好3dB。

4 结论
    本文提出了一种新的双软扩频与π／4DPSK复合调制系统，给出了系统结构，并进行了系统建模。对该系统模型在AWGN与多径信道下进行了误码率性能仿真，仿真结果表明，采用比特软值解调算法比传统的硬判决解调算法，在BER=10-5时误码率性能约好3 dB，表现出了较好的抗干扰与抗多径能力，对于软扩频技术在工程中的应用具有一定的指导意义。