AWGN下差分跳頻系統(tǒng)的多用戶能力分析

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 AWGN下差分跳頻系統(tǒng)的多用戶能力分析 1 差分跳頻 相關差分跳頻（DFH）通信是近年出現(xiàn)的跳頻通信方式。美國Sanders公司研制的相關跳頻增強擴譜CHESS電臺就采用這種差分跳頻技術，實現(xiàn)了在短波波段5 000跳/秒的跳頻速率和19.2 kbits-1的數(shù)傳速率。 差分眺頻的基本原理：當前時刻的工作頻率fn由上一跳的工作頻率fn-1和當前時刻的信息符號Dn決定，即 fn=G（fn-1,Dn） 其中，G（fn-1,Dn）是一個特定函數(shù)，文中稱為G函數(shù)，它決定了差分跳頻的數(shù)據(jù)/頻率映射關系。由此可見，相鄰跳變頻率之間通過數(shù)據(jù)序列建立了一定的相關性，亦即相鄰頻率的

2、相關性攜帶了待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，因此這種跳頻方式也被稱為相關差分跳頻。 2 差分跳頻技術的特點 差分跳頻技術集跳頻圖案、信息調(diào)制與解調(diào)等功能于一體，構(gòu)成與傳統(tǒng)跳頻技術完全不同的技術體制，它具有以下特點： （1）差分跳頻體制是一種相關跳頻體制，差分跳頻通過G函數(shù)變換，使相鄰或多跳頻率之間具有相關性，其相關性攜帶了待發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，收端也是根據(jù)其相關性復原數(shù)據(jù)信息，所以也將這種跳頻體制稱為相關跳頻。在常規(guī)跳頻體制中，時間上相鄰的頻率與其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息無關。 （2）差分跳頻體制是一種異步跳頻體制，差分跳頻的收端無法預知每個時刻的發(fā)端頻率，在工作帶寬內(nèi)開展寬帶數(shù)字化接收，接收端不需要頻率合成器，從這個意

3、義上說，差分跳頻是一種異步跳頻。 （3）G函數(shù)具備數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)功能，差分跳頻無需傳統(tǒng)定頻或跳頻體制中的基帶和中頻調(diào)制，發(fā)端經(jīng)G函數(shù)變換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與頻率之間的數(shù)/頻編碼，收端先對接收到的直接攜帶信息的射頻頻率開展有效檢測，再經(jīng)過G函數(shù)的逆變換即可恢復出數(shù)據(jù)信息，實際這也是一種調(diào)制解調(diào)過程。相同的情況，這是差分跳頻圖案產(chǎn)生的機理決定的，普通跳頻一般不具備這個特點。 （4）跳頻圖案沒有實時時間參與運算在傳統(tǒng)跳頻圖案產(chǎn)生過程中，除跳頻時序控制以外，原始跳頻密鑰Pk和時間參數(shù)TOD參與跳頻圖案運算。而在差分跳頻圖案的產(chǎn)生過程中，數(shù)據(jù)流參與跳頻圖案的運算，相當于跳頻密鑰，與實時時間TOD無關。數(shù)據(jù)流對跳

4、頻通信的接收端是未知的。 由于差分跳頻與傳統(tǒng)跳頻的原理有很大差異，造成其組網(wǎng)性能也有很大不同。例如，傳統(tǒng)跳頻電臺組網(wǎng)時，相同頻率造成頻率碰撞，形成多址干擾，而頻率不同時，不構(gòu)成多址干擾；對于差分跳頻電臺，不同頻率可能會造成接收方數(shù)據(jù)的誤判，從而形成多址十擾；頻率相同時，如果削弱有效頻率的幅度，則形成多址干擾，如果加強頻率的幅度，則不形成多址干擾，與兩個頻率之間的相位有關。 傳統(tǒng)的同步組網(wǎng)是指，各跳頻網(wǎng)在技術體制、跳頻圖案算法及跳頻密鑰相同以及同一張頻率表的條件下，各跳頻網(wǎng)每一跳的起跳時刻相同，并且任一時刻的各網(wǎng)瞬時頻率正交。由于傳統(tǒng)的同步組網(wǎng)是同頻造成多址干擾，而差分跳頻則是異頻可能會形成多址

5、干擾。因此差分跳頻同步組網(wǎng)的概念應擴展為在同一張頻率表的條件下，各跳頻網(wǎng)每一跳的起跳時刻相同時，任一時刻各網(wǎng)瞬時頻率不相互形成干擾。差分跳頻圖案是由隨機數(shù)據(jù)信息控制G函數(shù)產(chǎn)生的，而每部電臺和各跳頻網(wǎng)的數(shù)據(jù)源是不同的，是相互獨立的，相互之間不可能有某種約束關系，導致了即使各臺及各網(wǎng)之間在時間上有約束關系，也難以實現(xiàn)各臺各網(wǎng)之間頻率的人工干預，這樣一來，當接收方收到的頻率為當前G函數(shù)映射出的除當前發(fā)送頻率之外的m-1個頻率中的某一個頻點時，就會形成多址干擾。也就是說，要做到差分跳頻各網(wǎng)當前跳變頻率不落在其余網(wǎng)G函數(shù)映射的頻率子集之內(nèi)相當困難。需要通過研究G函數(shù)的算法，尋找適當?shù)挠成渫緩?，使得各網(wǎng)跳

6、變時刻相同，但任一時刻各網(wǎng)瞬時頻率不相互形成多址干擾。 3 AWGN下差分跳頻系統(tǒng)的多用戶能力分析 圖1為DFH多用戶系統(tǒng)模型。每個發(fā)射機提供一種交織編碼樣式，這種編碼的碼型同數(shù)據(jù)比特流一起構(gòu)成傳輸波形。在每個接收機處，解碼器也使用與對應用戶相同的碼型。如果某接收機對多個發(fā)送信號感興趣，它為合成信號中每個發(fā)送信號創(chuàng)立一種檢測交織編碼樣式。其他的發(fā)送信號則被認為是干擾，而DFH解碼算法能很好地抑制這些干擾。然而某些時候，在已經(jīng)投入使用的DFH多用戶系統(tǒng)中，用戶數(shù)量會影響解碼的性能，而且對干擾的消減程度也是適當?shù)摹?圖1 DFH多用戶系統(tǒng)例如 根據(jù)頻率數(shù)、信噪比、產(chǎn)生一個DFH多用戶系統(tǒng)的理論上的

7、誤碼率，以及干擾的數(shù)量N-1,并使用多用戶信干比SINR為MU。 在DFH解碼的每一階段，干擾信號會造成模糊概率=（2b-1）/M.換句話說，來自功率為S某一干擾信號的有效的干擾為ps=（2b-1）S/M.因此，如果存在N個功率相等的用戶，每個用戶都以與無干擾狀態(tài)下的信噪比=S0/N相一致的信號電平來開展傳送，這樣就可以確定有效的信干比 MU=/（1+（2b-1）（N-1）/M） （1） 這樣就可以得到高斯白噪聲信道條件下的總用戶數(shù)為N的DFH多用戶系統(tǒng)的理論誤碼率為 在用戶數(shù)N=10,b=1的情況下，仿真信噪比隨跳頻頻率個數(shù)的變化如圖2所示。 圖2 M值不同的條件下DFH系統(tǒng)誤碼率隨信噪比的

8、變化 在圖2中，畫出了用戶數(shù)為N=10,M=16、M=32、M=64、M=128的條件下，誤碼率隨信噪比的變化曲線。由圖可以看出，可用頻點數(shù)M越高，誤碼率隨信噪比的變化越快，且M越大，相應信噪比條件下的誤碼率越小，系統(tǒng)性能越好。 設定仿真參數(shù)，跳頻頻率個數(shù)M=64,b=1,用戶數(shù)以2的指數(shù)增加，仿真如圖3所示。 圖3 DFH系統(tǒng)在用戶數(shù)不同的情況下的誤碼率比較 在圖3,中使用Matlab分別畫出了用戶數(shù)N=1、N=2、N=4、N=8、N=16時，DFH系統(tǒng)誤碼率隨信噪比的變化圖。由圖可以看出，用戶越多，DFH系統(tǒng)的誤碼率越大，信噪比曲線越平緩，即誤碼率隨信噪比變化的速度較慢；用戶越少誤碼率越小，信噪比曲線就越陡峭，即誤碼率隨信噪比變化的速度較快；此外，系統(tǒng)用戶數(shù)越少，在相應信噪比條件下誤碼率越小，說明干擾小