專利名稱：超寬帶通信信號多用戶編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多用戶碼的編碼方法，特別涉及一種超寬帶通信信號多用戶編碼方法，屬于電通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
超寬帶(UWB)通信技術(shù)因其具有低功率譜密度、低截獲概率、低功耗、高數(shù)據(jù)速率、能有效對抗多徑效應(yīng)、系統(tǒng)設(shè)計簡單、低成本等優(yōu)點，近年來倍受國際通信學(xué)界的廣泛關(guān)注。認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)，在新一代移動通信和軍事隱蔽通信中也將有極好的應(yīng)用前景。
目前，已提出了多種用于無線個域網(wǎng)的高速超寬帶系統(tǒng)方案，如DS-CDMA和MB-OFDM。但無論采用哪一種超寬帶技術(shù)，只要是多用戶系統(tǒng)，就必然涉及用戶碼或地址碼的設(shè)計。一般可沿用CDMA的方法，采用傳統(tǒng)的偽隨機(jī)序列，例如m序列，Gold序列，但對于短序列，m序列的數(shù)目非常少，例如周期為N＝15的m序列只有2個，周期N＝63的m序列只有6個，而滿足較好互相關(guān)特性的m序列優(yōu)選對則更少，例如周期為N＝15的m序列沒有優(yōu)選對，周期N＝63的m序列優(yōu)選對只有2個，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多用戶的需求。Gold序列是m序列線性運算的結(jié)果，雖然將可用的序列數(shù)增加到N+2，但平衡性不一致。產(chǎn)生平衡Gold的方法也比較復(fù)雜，不利于碼的構(gòu)造。另一個不足之處是m序列和Gold序列都很容易通過移位寄存器的構(gòu)造被破譯。現(xiàn)有超寬帶系統(tǒng)主要用于室內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸，序列不能太長，用戶數(shù)卻較多，考慮到現(xiàn)有超寬帶系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)偽隨機(jī)序列產(chǎn)生方法及其性能上存在的問題，人們一直努力尋找更有效可行的正交序列產(chǎn)生方法。在所有的努力中，混沌序列的產(chǎn)生方法和應(yīng)用性能研究一直受到了人們的廣泛關(guān)注。事實上，采用非線性混沌動力學(xué)系統(tǒng)來改善短序列的正交性能直觀上具有可能性。在文獻(xiàn)“An application of Choasgeneratingbinary pseudo-random sequences”([A]，Proceedings of ISCAS’88[C]，SanJose.CAISCAS，19881-3)中，提出了一種基于
區(qū)間混沌映射的二進(jìn)制序列的二值產(chǎn)生方法，并且證明了混沌二值序列具有白噪聲相似的隨機(jī)性能。但是，該方法產(chǎn)生混沌序列效率低，實時性差，要求混沌序列具有平穩(wěn)性和各態(tài)歷經(jīng)性，且需要進(jìn)行相應(yīng)的(-1，1)到(0，1)的混沌映射以消除混沌序列的空間平均值或時間平均值；文獻(xiàn)“A chaotic direct-sequence spread spectrum communicationsystem”([J]，IEEE trans.on communications，1994，Vol.42(2/3/4)1524-1527)中，公開了一種利用混沌系統(tǒng)的初值敏感性，使用混沌序列取代傳統(tǒng)二進(jìn)制偽隨機(jī)序列碼的DS/SS擴(kuò)頻通信模型的方法，并且驗證了混沌擴(kuò)頻序列抗噪性能和抗多址干擾性能，但是這種方法使用混沌實值序列取代數(shù)字?jǐn)U頻序列，其實用性差；文獻(xiàn)“Logistic-Map混沌擴(kuò)頻序列”([J]，電子學(xué)報，1997，第25卷(1)19-23)和“二相混沌擴(kuò)頻序列的產(chǎn)生及其性能分析”([J]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，第35卷(9)117-1120.)中，分別提出了基于Logistic混沌映射和Chebyshev混沌映射的多位量化方法產(chǎn)生數(shù)字二進(jìn)制混沌序列，并分析了序列的相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的均方差統(tǒng)計特性，但是，為了保持混沌性能不變，量化位數(shù)均要求足夠大，經(jīng)量化結(jié)果拼接形成的序列長度則更長。文獻(xiàn)“Communication with chaos via DSP implementation”([A].Proceedings ofISCAS’97[C]，Hong KongISCAS，Jun.9-12，1997，Vol.21069-1072)中，對混沌系統(tǒng)的有限字長效應(yīng)進(jìn)行了深入地實驗研究，其結(jié)論是，只要硬件的運算精度大于24位，則有限字長效應(yīng)對混沌系統(tǒng)性能的影響可以忽略。然而，為了同時兼顧多用戶UWB系統(tǒng)的實時性和安全性，對于大于24位以上長度的偽隨機(jī)序列仍不是理想的序列長度。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種能滿足室內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸、有效提高系統(tǒng)性能的超寬帶通信信號多用戶編碼方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種超寬帶通信信號多用戶編碼方法，由非線性動力學(xué)系統(tǒng)方程產(chǎn)生實值混沌序列信號，用截斷數(shù)字二進(jìn)制混沌序列的方法，得到數(shù)字混沌序列矩陣，對所述的數(shù)字混沌序列矩陣再進(jìn)行多用戶編碼處理，步驟為 (1)舍棄該序列矩陣列中的前16位和后33位，取其中間位； (2)以列作為一個用戶地址序列，行數(shù)為用戶數(shù)，得到多用戶編碼矩陣； (3)將其中的0用-1代替； (4)輸入直擴(kuò)超寬帶信號調(diào)制器，得到超寬帶通信信號多用戶編碼碼字。
所述的非線性動力學(xué)系統(tǒng)方程為非線性迭代Logistic方程。
本發(fā)明基于混沌學(xué)的短序列產(chǎn)生方法，在多值量化方法的基礎(chǔ)上，采用中間抽取的截斷數(shù)字二進(jìn)制混沌序列的產(chǎn)生方法，在不改變混沌映射系統(tǒng)的有限字長誤差的同時，可以有效產(chǎn)生所需長度的偽隨機(jī)混沌序列，直擴(kuò)序列信號非相關(guān)，類隨機(jī)而又確定、易于產(chǎn)生和再生，且數(shù)量多，滿足室內(nèi)超寬帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高，直擴(kuò)序列只能是短序列而又必須是多用戶系統(tǒng)的實際需要，具有應(yīng)用前景。



附圖1是本發(fā)明超寬帶通信信號多用戶編碼方法的流程圖； 附圖2是本發(fā)明低信噪比時，對誤碼率的影響的對比曲線圖； 其中，曲線1為信噪比0dB時采用kasami序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線2為信噪比0dB時采用混沌子集序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線3為信噪比1dB時采用kasami序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線4為信噪比1dB時采用本實施例混沌子集序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案及其效果作進(jìn)一步描述 實施例 參見附圖1，它是本實施例超寬帶通信信號多用戶編碼方法的流程圖。
1、實值混沌序列的產(chǎn)生 選擇合適的非線性方程，合理調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)使得系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)區(qū)間，由非線性迭代xk+1＝f(xk)源源不斷地產(chǎn)生出混沌信號。本發(fā)明采用比較簡單的現(xiàn)有技術(shù)Logistic映射方法，參見文獻(xiàn)“Deterministic Chaos，AnIntroduction(Second Revised)”.Federal Republic of GermanyVCH，1988)。實值混沌序列信號的計算系統(tǒng)，需CPU具有32位及以上浮點數(shù)值計算精度。
2、從實值序列得到數(shù)字混沌序列矩陣 Logistic映射分布在區(qū)間(0，1)上，可以把該區(qū)間上的小數(shù)x寫成二進(jìn)制數(shù)表達(dá)形式 量化取前L位近似表示x，舍棄后面的位，有 其中 X是一個由L位二進(jìn)制數(shù)表示的整數(shù)，它與小數(shù)

一一對應(yīng)。參數(shù)L的選取有限制，若值太小，計算精度將得不到保證，所得序列將脫離混沌狀態(tài)。實際計算表明，L＝32時，所產(chǎn)生的序列仍處于混沌態(tài)。
3、有限位(m＊n)二進(jìn)混沌序列矩陣的產(chǎn)生 由于受計算精度的限制，得到的序列必然呈周期性，對于有限長度的序列，其對應(yīng)的狀態(tài)數(shù)目也較少，對于小數(shù)

一方面，如果其值較小，其對應(yīng)的X的高位就可能連續(xù)數(shù)個0，另一方面，量化又使得X的最低位引入了取舍誤差，所以X的兩端表現(xiàn)出的對實值隨機(jī)性的破壞成為影響序列性能的重要因素。為此，本發(fā)明采用一種兩端截斷的方法，將實值x的絕對值的有效值用L比特表示 |x|＝0.b1(x)b2(x)Λbi(x)ΛbL(x)＝0.X，bi(x)∈(0，1) 則迭代N次得到的實值序列形式為
4、多用戶編碼處理 對上述取其中間的m位，在本實施例中，L＝64位，m＝15位，舍棄矩陣列的前16位和后33位，則可取，i＝17～32，將其中的0用-1代替，生成的矩陣B為 在本實施例中，上述二進(jìn)制混沌序列矩陣中的一列為一個用戶地址序列，行數(shù)為用戶數(shù)。
4、直擴(kuò)超寬帶信號調(diào)制 直擴(kuò)超寬帶(DS-UWB)可表示為
其中，Tm是沖激脈沖的寬度，偽隨機(jī)碼序列{nj(k)}∈{±1}作為擴(kuò)頻碼用來調(diào)制沖激波形信號w(t)的相位以區(qū)別不同用戶。

是數(shù)字信息，對于一確定的擴(kuò)頻碼，數(shù)字為“1”，

表現(xiàn)為由Ls個用偽隨機(jī)碼調(diào)制的沖激脈沖組成的序列，數(shù)字為“0”，

表現(xiàn)為與之反相的沖激脈沖序列。k為用戶序號。M表示數(shù)據(jù)幀長。這里沖激脈沖w(t)為高斯脈沖二階導(dǎo)數(shù)，單個脈沖的間隔為Tm＝0.6ns，采樣間隔Ts＝0.2ns，幀長1024比特，Ls＝N＝15。
本發(fā)明特別地將B的一列bM(x0)bM(x1)L bM(xN)M＝i，i+1，i+2，L i+m-1用作一個用戶地址序列{nj(k)}∈{±1}，行數(shù)為用戶數(shù)m。即將二進(jìn)數(shù)字混沌序列用于超寬帶多用戶系統(tǒng)。由于序列很短，已不能認(rèn)為單獨的一個序列是混沌的，但bM(x0)bM(x1)L bM(xN)M＝i，i+1，i+2，Li+m-1是矩陣B的一個子集，其間的自相關(guān)和互相關(guān)特性仍然存在，這里稱為混沌子集序列。
本實施例提供的超寬帶通信信號多用戶編碼的接收端可采用自適應(yīng)MMSE判決反饋均衡器進(jìn)行接收。
本發(fā)明的效果通過與常用方法比較而得到證實。
由于周期為15的m序列只有2個，作為對比的系統(tǒng)采用長度相同的基于m序列生成的互相關(guān)性較好的小集合kasami序列?？紤]對比時兩系統(tǒng)室內(nèi)密集多徑信道完全一致，在本實施例參照現(xiàn)有技術(shù)(J.Foerster，Q.Li，“UWB Channel Modeling Contribution from Intel”IEEE P802.15 Wireless PersonalArea Networks IEEE P802.15-02/279r0-SG3a)，設(shè)第k個用戶的多徑信道模型為h(k)(t)，第k個用戶的信道輸出為 當(dāng)有K個用戶處于激活狀態(tài)時，接收端得到 式中，n(t)為等效高斯白噪聲，包括AWGN和來自其他窄帶系統(tǒng)的信號對UWB系統(tǒng)的影響。
從而有混沌DS-UWB系統(tǒng)中經(jīng)過信道的信號為對比系統(tǒng)經(jīng)過信道的信號為接收端得到相應(yīng)的r1DS(t)和r2DS(t)。采用現(xiàn)有技術(shù)——自適應(yīng)MMSE判決反饋均衡器接收技術(shù)(一種較低復(fù)雜度的UWB信道自適應(yīng)均衡技術(shù)[J]，通信學(xué)報，2005，第26卷(10)13-17)進(jìn)行接收端仿真，沖激脈沖為高斯脈沖二階導(dǎo)數(shù)，單個脈沖的間隔為Tm＝0.6ns，采樣間隔Ts＝0.2ns，幀長1024比特，得到如附圖2所示結(jié)果。
參見附圖2，圖中，曲線1為信噪比0dB時采用kasami序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線2為信噪比0dB時采用混沌子集序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線3為信噪比1dB時采用kasami序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率；曲線4為信噪比1dB時采用本實施例混沌子集序列調(diào)制沖激波形信號時在接收端接收信號的誤碼率。由圖2表明，在信噪比和用戶數(shù)相同的情況下，本發(fā)明的UWB多用戶編碼信號表示方法比常用方法在接收端有更低的誤碼率。
本發(fā)明針對室內(nèi)超寬帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高，直擴(kuò)序列只能是短序列而又必須是多用戶系統(tǒng)的實際情況，提出了一種基于混沌學(xué)的兩端截斷中間抽取二進(jìn)數(shù)字序列產(chǎn)生方法，通過混沌系統(tǒng)對初始相位的敏感的依賴性，可以提供數(shù)量遠(yuǎn)多于m序列，非相關(guān)，類隨機(jī)而又確定、易于產(chǎn)生和再生的直擴(kuò)序列信號。例如不同的初值產(chǎn)生的混沌集合對應(yīng)不同的室內(nèi)系統(tǒng)，一個混沌集合中的一個混沌實值對應(yīng)一個用戶序列號，這在利用線性移位寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列時是做不到的。按本發(fā)明技術(shù)方案建立的基于截斷混沌序列的多用戶DS-UWB系統(tǒng)，接收端采用自適應(yīng)MMSE判決反饋均衡器進(jìn)行接收。仿真結(jié)果表明，在其他條件相同的前提下，基于截斷混沌序列的多用戶DS-UWB系統(tǒng)比一般基于m序列的多用戶DS-UWB系統(tǒng)有更好的性能。
權(quán)利要求
1.一種超寬帶通信信號多用戶編碼方法，由非線性動力學(xué)系統(tǒng)方程產(chǎn)生實值混沌序列信號，用截斷數(shù)字二進(jìn)制混沌序列的方法，得到數(shù)字混沌序列矩陣，其特征在于，對所述的數(shù)字混沌序列矩陣再進(jìn)行多用戶編碼處理，步驟為
(1)舍棄該序列矩陣列中的前16位和后33位，取其中間位；
(2)以列作為一個用戶地址序列，行數(shù)為用戶數(shù)，得到多用戶編碼矩陣；
(3)將其中的0用-1代替；
(4)輸入直擴(kuò)超寬帶信號調(diào)制器，得到超寬帶通信信號多用戶編碼碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶通信信號多用戶編碼方法，其特征在于所述的非線性動力學(xué)系統(tǒng)方程為非線性迭代Logistic方程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多用戶碼的編碼方法，特別涉及一種超寬帶通信信號多用戶編碼方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。它針對室內(nèi)超寬帶系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率高，直擴(kuò)序列只能是短序列而又必須是多用戶系統(tǒng)的實際情況，提出了一種基于混沌學(xué)的兩端截斷中間抽取二進(jìn)數(shù)字序列產(chǎn)生方法，在其產(chǎn)生的序列矩陣的列中，舍棄前16位和后33位，取其中間位，并將其中的0用-1代替，得到數(shù)字混沌序列，其中的一列為一個用戶地址序列，行數(shù)為用戶數(shù)。仿真結(jié)果表明，在其他條件相同的前提下，本發(fā)明所述混沌序列的多用戶DS-UWB系統(tǒng)比一般基于m序列的多用戶DS-UWB系統(tǒng)有更好的性能。
文檔編號H04B1/707GK101345728SQ20081002116
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日
發(fā)明者汪一鳴, 朱燦焰 申請人:蘇州大學(xué)