一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，首先通过给每个用户分配各自的扩频伪码以及TR预滤波器，分析单、多用户系统的接收信干噪比，基于此分析不同伪码周期、不同用户数目对系统性能的影响。本发明专利技术设计的系统可有效提高系统的容量，并降低接收错误概率。误概率。误概率。

【技术实现步骤摘要】
一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法


[0001]本专利技术涉及信息通信领域，具体是构建应用时间反转滤波器的直扩通信系统，并对系统的性能进行分析。

技术介绍

[0002]在无线通信系统中，由于反射、散射和衍射等多样性的传播形式，发送机发送的电磁波会沿着多条不同长度的路径传播，接收机接收到的信号是经不同路径传输信号的叠加，导致信号的随机衰落和符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)。传输速率越高、信号带宽越宽，ISI的影响越严重，使得高速宽带通信在技术上有很大的挑战性。
[0003]时间反转技术是一种信号预处理技术[Chen Y,Han F,Yang Y H,et al.Time
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reversal wireless paradigm for green internet of things:an overview[J].IEEE Internet of Things Journal,2014,1(1):81
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98.]，在TR通信系统中，发送端发送的信号在送入信道之前先要经过一个预处理滤波器，而该滤波器的抽头系数为信道脉冲响应(Channel Impulse Response,CIR)的时间反转和相位共轭。对于TR预滤波器输出的信号而言，多径信道是其匹配滤波器，因此信号经过TR滤波和信道传输后，在特定时刻会在期望接收机处出现明显的能量峰值，而在偏离峰值的时刻能量有明显的衰减。在非目标接收端处，由于信道特性不同，信道不是发送信号的匹配滤波器，接收信号的能量峰值要显著低于期望接收机。这就是TR传输的空域和时域聚焦特性。虽然TR传输的空时聚焦性使其具有抗多径干扰的特性，但是ISI并不能被完全消除[Wang Beibei,Wu Yongle,Han Feng,et al.Green wireless communications:a time
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reversal paradigm[J].IEEE journal on selected areas in communications,2011,29(8):1698
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1710.]，特别在系统带宽较大、传输速率高、多径环境复杂时，仍然需要接收端进行适当的均衡以减轻ISI的影响[Strohmer T,Emami M,Hansen J,et al.Application of time
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reversal with MMSE equalizer to UWB communications[C]//Proceedings of the IEEE Global Telecommunications Conference.Dallas,TX,USA:IEEE,2004:3123
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3127.]。在多用户场景下，TR传输的空间聚焦特性使得目标接收机处信号的能量峰值要明显高于其他接收机处的信号，可以减轻用户间干扰(Inter User Interference,IUI)，降低了接收端的均衡处理的复杂度[Han Yi,Chen Yan,Wang Beibei,et al.Time
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reversal massive multipath effect:a single
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antenna“massive MIMO”solution[J].IEEE Transactions on Communications,2016,64(8):3382
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3394.]。
[0004]直接序列扩频是扩频通信中的主要类型[田日才.扩频通信[M].北京:清华大学出版社,2007:13
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76.]，具有优良的抗外部干扰的能力，同时也能很好地对抗多径干扰。直接序列扩频能够有效对抗干扰的主要原因是扩频伪随机码的相关函数具有尖锐的峰值特性。在多径信道下，接收端经过相关检测后，与本地伪随机码同步的路径上传输的信号得到加强，而其他路径上传输的信号，也就是多径干扰则被削弱。直接序列扩频系统只能捕获到一条路径上传输的信号，如果要利用各个路径上传输的信号来增强信号能量，需要采用拥有
多个解扩通道的Rake接收机来捕获在多条路径上初始的信号，但实现的复杂度较高。另一方面，扩频技术通过将一个符号扩展到多个码片上，占用的信道带宽远大于原始信号的带宽，单用户通信的场景下频谱效率很低，因此在民用通信系统中需要采用码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA)等多用户技术来提高频谱效率。在采用的扩频伪码不是完全正交的情况下，接收端并不能够完全将分离不同用户的信号，存在IUI。IUI的大小与扩频伪码的互相关特性有关，互相关函数特性越好，IUI越小。
[0005]TR传输的时间聚焦特性使系统等效传输信道的脉冲响应存在着明显峰值，意味着信号的能量主要集中在等效信道的一条路径上传输。如果将TR预滤波加到直扩通信系统的发送机中，接收机只需要一个与等效信道主传输路径上的伪码同步的解扩通道，就可捕获信号的大部分能量。而在多用户CDMA系统中，TR的空间聚焦特性能够有效地减少在非目标接收机处的能量泄露，降低IUI，提高系统容量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的设计一种应用TR的直扩通信系统，分析单、多用户的系统和容量以及BER性能，研究了该系统带来的性能上的优势。
[0007]为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：首先通过给每个用户分配各自的扩频伪码以及TR预滤波器，分析单、多用户系统的接收信干噪比，基于此分析不同伪码周期、不同用户数目对系统性能的影响。
[0008]鉴于此，本专利技术采用的技术方案是：一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，包括以下步骤：
[0009](1)构建通信系统模型：在常规直接序列扩频通信系统基础上，给用户添加了一个时间反转预滤波器，以增强系统性能。
[0010](2)考虑单用户系统模型，对系统信干噪比、误比特率和系统容量进行建模；分析时间反转预滤波器给系统和容量以及误比特率性能带来的提升。
[0011](3)考虑用户数增加时，对系统用户数为J的多用户系统的信干噪比、误比特率和系统容量进行建模；分析时间反转预滤波器给系统和容量以及误比特率性能带来的提升。
[0012]比较现有的相关研究，本专利技术具有以下有益技术效果：目前，从可检索的文献看，仅有很少的文献对扩频通信系统中的TR技术进行了研究。文献[Yuvapoositanon P,Suwannajan S.A time
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reversal
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based space
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time block coded blind adaptive MC
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CDMA receiver[C]//2009 6th International Conference on Electrical Engineering/Electr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建通信系统模型：在常规直接序列扩频通信系统基础上，给用户添加了一个时间反转预滤波器；(2)考虑单用户系统模型，对系统信干噪比、误比特率和系统容量进行建模；(3)考虑用户数增加时，对系统用户数为J的多用户系统的信干噪比、误比特率和系统容量进行建模。2.根据权利要求1所述一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，其特征在于：所述时间反转预滤波器是对应信道的时间反转与相位共轭。3.根据权利要求2设计了一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，其特征在于：所述通信系统模型为：二进制信息序列为m[k]，经过调制后得到符号序列s[k]，本地扩频伪随机码发生器产生周期为N的伪随机码序列c[n]，扩频前，先将s[k]的样值速率提升到与伪随机码的速率一致，记提升样值速率后的已调信号序列为扩频后的信号序列b[n]为多径信道的信道脉冲响应表示为式中L为信道路径数，h
l
为信道第l径的衰落系数；δ[n
‑
l]为脉冲响应函数，仅在n＝l时为1，其他时刻为0；时间反转预滤波器的抽头系数为信道脉冲响应的共轭反转，即其中(
·
)
*
为共轭运算符，是归一化系数，h[l]等价于信道第l径的系数；扩频后的信号序列经过时间反转预滤波器滤波后送入信道，发送信号为其中P为发送信号功率，“*”表示卷积运算；信号经过多径信道传输后，接收端的接收信号为其中，z[n]是均值为0、方差为的加性高斯白噪声。4.根据权利要求1所述一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，其特征在于：用
户的扩频伪随机码c
i
[n]的自相关函数为其中，N为伪随机码的周期，用户i与用户j所采用的伪随机码的互相关函数为5.根据权利要求1
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4任一项所述一种时间反转直扩多用户通信系统的设计方法，其特征在于：步骤(2)所述系统信干噪比、误比特率和系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷维嘉，邹梦婷，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：