基于码选择技术的超宽带系统抗干扰高速传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于码选择技术的超宽带系统抗干扰高速传输方法，属于无线通 信领域。
【背景技术】
[0002] 超宽带(UWB)是一种低功率的短距离高速无线通信技术，其通过占据极宽的带宽 (3. IGHz-IO.6GHz)以实现极高的传输速率，为解决无线高速数据传输的问题提供了新的途 径。超宽带系统主要通过两种方案实现:直接序列扩频超宽带(DS-UWB)和多带正交频分复 用超宽带(MB-OFDM) JB-OFDM技术是多频带方式，频带的利用率高，可实现灵活配置，速率 的扩展性好，但实现成本较高。DS-UWB技术也称为单频带方式或窄脉冲方式，其数据传输可 共享整个UWB频谱，且对现有的、许可频带内的用户造成的干扰小，成本低，易于实现。本发 明使用DS-UWB系统进行信息传输，利用能量脉冲来传送数据。
[0003] DS-UWB系统的显著特点是利用扩频序列使发送的比特以极大的带宽传输，以达到 更大的传输速率。DS-UWB系统的实现是通过给用户分配一个固定的扩频序列，而通常DS-UWB系统中的扩频码往往采用单码，如m序列、goId序列等。文献"Mult ipIe access interference and multipath interference analysis of orthogonal complementary code-based ultra-wideband systems over multipath channels"[Z·Q·Bai，F·Zhao， C.H.Wang,and C.-X.Wang，《International Journal of Communication System》vol·27， issue 12，pp.4430-4442,2014.]证明正交互补码(OCC)具有理想的自相关特性和互相关特 性，即互相关函数和除零偏移以外的自相关函数都为零。OCC用作超宽带通信系统的扩频序 列可以有效地抑制因多径信道传输引起的多径干扰(MI)。传统的基于OCC的码分多址 (CDMA)系统中，一个用户需要一个扩频码集，每发送一个数据比特就需要用OCC扩频一次， 增加系统传输负担，信息传输速率受到限制。
[0004] 超宽带系统的显著特点就是以共享方式使用极宽的频谱，且其信号发射功率极 低，不会对存在于超宽带系统频谱内的窄带系统产生明显影响，但对于超宽带系统而言，其 频带内的窄带系统则具有较强功率，必然会对超宽带系统产生严重干扰。由于Chirp脉冲具 有峰均功率比低，时频域对应关系简单，抗干扰设计灵活等优点，Z. Q. Bai等(参见Z. Q. Bai， X.T. Li ,D.F. Yuan,and K.S.Kwak,uNon-Iinear chirp based UffB waveform design for suppression of NBI,^ffirel.Commun.Mob .Comput., issue 6,vol·12,pp·545-552, Apr.2012.)采用Chirp脉冲来代替传统超宽带系统中的窄脉冲，采用在窄带干扰中心频率 处使Chirp脉冲的瞬时频率变化率最大的思想，设计非线性Chirp脉冲来实现窄带干扰的抑 制。
[0005] 从通信的有效性方面，基于OCC的码选择技术，通过增加用户可使用扩频码集的数 量，将部分待发送比特用于选择扩频码集，可以显著提高用户发送比特的速率。从通信的可 靠性来说，超宽带通信环境中存在的窄带干扰(NBI)及多径效应会严重影响超宽带系统性 能，而本发明采用灵活的非线性Chirp波形及具有良好相关特性的OCC来分别抑制和消除窄 带干扰及多径干扰，显著改善系统传输质量。
【发明内容】
[0006] 根据现有技术和解决方案的缺点和不足，本发明提供了一种基于码选择技术的超 宽带系统抗干扰高速传输方法，利用码选择技术选择用户所使用的扩频码，使扩频码本身 携带大量的用户比特信息，来提高系统的传输速率，同时利用正交互补码良好的相关特性 来对抗多径信道带来的多径干扰，并进一步采用具有窄带干扰抑制能力的非线性Chirp脉 冲来实现窄带干扰抑制，以实现系统综合性能的提升。
[0007] 本发明的技术方案如下：
[0008] -种基于码选择技术的超宽带系统抗干扰高速传输方法，由以下系统实现，该系 统包括单天线信源节点和目的节点，信源节点通过无线多径信道向目的节点广播用户信 号；目的节点接收到的信号包括信源节点发射的有用信号、加性高斯白噪声信号、信道环境 中存在的多径干扰信号和多窄带干扰信号，该方法的具体步骤如下：
[0009] A、超宽带通信系统准备开始工作；
[0010] B、超宽带通信系统通过频谱感知技术得到信道环境中多窄带干扰信号所处的频 带和中心频率，并采用能够自适应地抑制多窄带干扰的两种非线性Chirp脉冲，分别为Atan Chirp和Asinh Chirp，作为超宽带脉冲波形；
[0011] C、设系统有1个用户，供其选择的OCC码集为{C*3,C1r^Ck,其中以第k个 OCC码为例，Ci = X，c〗,L ，N为一个码集的元码个数，3表示第k个OCC码的第η 个元码，ne {〇, 1，…，Ν-1};
[0012] D、设用户以（l+log2K)为一组发送数据，记为{^/，^/+1，^/+:，."，6, +1。8:^丨.，.13」+：1为用户发 送比特，13」+：1￡{〇，1}，（1=〇，1，~，1(^21〇，其中待发送比特13」在信源节点进行调制并通过扩 频序列扩频，扩频序列由於/+1，^/+2,…，决定，把该^进制码组转化为十进制可得到C 1， I e {〇，1，…，κ-1} ,C1即为发送匕采用的扩频序列；
[0013] E、用户发送的比特数据经由扩频码调制后加载到步骤B产生的非线性Chirp脉冲 上，发送信号为
，其中bye {±1}为比调制后的发送数据，w(t)为非 线性Chirp脉冲，T。表示一个元码的持续时间；
[0014] F、由信源节点发送数据比特，并通过扩频调制后以超宽带信号来表征数据比特， 信号经天线发送，并经历典型多径信道，产生多径衰减和延时，而通信环境中的其他窄带系 统会对超宽带信号产生窄带干扰；
[0015] G、在目的节点采用相关接收机对信号进行接收，K个OCC码集对应产生K个模板信 号，第k个模板信号表示为
，k = 0，i，…，H，将接收信号
分别与K个模板信号进行相关，其中Q为多径分量的数目，aq 和^分别表示第q条路径的增益和延时，高斯白噪声n(t)服从均值为0且单边功率谱密度为 No的高斯分布，i(t)为窄带干扰信号，经过相关后，输出K个判决变量，第k个判决变量表示 为
，其中Tb为一个比特符号的周期；
[0016] H、判决变量Zk用于恢复发送的数据比特，由于OCC的理想相关特性，不同码集之间 的互相关函数为0，由此选出绝对值最大的判决变量Zr，Γ就表示所选择的OCC码集的序号， 即所选扩频码为C1'，将1 '的值转变为Iog2K位二进制数，即可得到发送比特 译;+1為+2,…為^g2 J，同时，根据判决变量Zr的正负可判断发送比特比的值，该判断过程符 号表达式为：
[0017]
[0018]
[0019] 其中符号"max[]"表示对方括号内取极大值；
[0020] I、采用最大似然准则进行判决，得出该系统的平均错误概率Pe3的表达式为：
[0021] Pe = P(Z(1)<0)+P(Z(0)>0)
[0022] 其中Z(1)代表发送数据比特1时判决器输出的判决变量，Ρ(Ζ(1)〈0)表示发送数据比 特1错判为〇的概率，Z w代表发送数据比特0时判决器输出的判决变量，P(ZwX))表示发送 数据比特0错判为1的概率；
[0023] J、当信息发送完毕时，通信结束；
[0024] 上述步骤B中采用的非线性Chirp波形分别为:Atan Chirp和Asinh Chirp，具体波 形表达式如下：
[0025] (I)Atan Chirp脉冲的时域表达式为：
[0026]
[0027]其中fu，fih分别表示窄带干扰的下端和上端频率，fi，fh分别为超宽带的下端和上 端频率，Tfra表示与窄带干扰频率下端对应的时间点，
2,…，M-1)，M表示窄带干扰的个数
α 为设置〇1化?波形频率范围时，满足窄带信号时频映射关系的参数，0 = 〇("1^3(1)-1)，丫" -Q (t - Tfra(m) )/(Tfra(m+l)-Tfra(m) ) j Y M - 〇(t - Tfra(M))/(T - Tfra(M)) j 1?
，X是函数Cwl (X)的自变量；
[0028] (2)Asinh Chirp脉冲的时域表达式为：
[0029]
[0030] 其中函数
9 [0031]本发明的优点如下：
[0032] (1)本发明方法通过增加用户可选的扩频码数目，利用码选择技术使用户发送不 同数据组时选择不同扩频码传输，用户将待发送数据比特分组，分组内部分比特用于选择 扩频码，使选择的扩频码本身携带一定的数据信息，显著提高系统传输速率。
[0033] (2)本发明采用的OCC序列集合具有理想的相关特性，将其作为扩频码可有效抑制 多径信道造成的多径干扰;本发明还采用了修正非线性Chirp超宽带波形来有效抑制多窄 带干扰，降低窄带系统对超宽带系统的影响。因而，本发明可在提高超宽带系统传输速率的 同时有效提升系统的抗干扰性能。
【附图说明】
[0034]图1是本发明的系统模型图，其中：1、信源节点;2、多径信道;3、目的节点。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
[0036] 实施例：
[0037]如图1所示，一种基于码选择技术的超宽带系统抗干扰高速传输方法，由以下系统 实现，该系统包括单天线信源节点和目的节点，信源节点通过无线多径信道向目的节点广 播用户信号；目的节点接收到的信号包括信源节点发射的有用信号、加性高斯白噪声