一种扩频通信中的位置调制和软解调方法

摘要

本发明公开了一种扩频通信中的位置调制和软解调方法，属于无线通信技术领域。本发明包括发射端算法和接收端算法两部分；在发射端，将某一原始扩频序列经过移位后得到的多个不同循环移位的副本作为扩频序列；在接收端，本发明采用软解调方法，先用接收序列循环移位与本地序列做相关，再通过不同位置处的相关值，利用解调算法，计算出幅度调制数据比特软解调值和位置比特软解调值，最后配合译码器的软判决得到译码数据。本发明将传统的调制方式与C进制序列位置调制结合，使每一个调制符号能够多携带log

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩频通信中的位置调制和软解调方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

在扩频通信系统中，发射端用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原 数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码与接收 的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。

扩频码中常见的序列有m序列、Gold序列等。m序列是由n级线性移位寄存器产生的周 期为2ⁿ-1的码序列，是最长线性移位寄存器序列的简称。这种序列有周期长、容易产生、随 机性好等优异特征。Gold序列是用一对周期和速率相同，但码字不同的m序列优选对进行模 2相加后得到的。优选对是指在m序列集中，其互相关函数最大值的绝对值小于某两个值的 两个m序列。Gold序列由m序列优选对组成。m序列优选对是指两相同长度的m序列的互 相关函数具有三值性，即相关值只会出现三个值：

传统的扩频系统频谱效率低，如果要想提高数据率就要采用更高阶的调制方式。如果在 不改变调制编码方式的前提下提高数据率，可以在序列位置上携带一些信息，即对扩频后的 序列进行循环移位，通过位置比特决定移位的位数，这样可以在带宽不变的条件下提高数据 率。不同的移位方式会使移位后的扩频码与本地扩频码的相关值不同，因而造成了接收机解 调性能的不同。

而在位置解调中，传统的解调方法是将接收序列与经过不同移位的本地序列依次做相关， 通过比较几次相关值的大小找到峰值及其对应的本地序列的移位位数，这样就能够一次解出 全部的位置比特。但是这种硬解调的方法无法与编码的软判决配合使用，如果相关峰值位置 受到噪声影响而改变，硬解调得到的位置数据必然出错，控制移位位数的位置比特就可能会 全部错误。

发明内容

本发明的目的是提出一种扩频通信中的位置调制方式以及其软解调的方法，包括发射端 算法和接收端算法两部分。

在发射端，本发明将某一原始扩频序列经过移位后得到的多个不同循环移位的副本作为 扩频序列，通过移位信息来传递数据。由于Gold序列的互相关特性具有三值性，即除去循环 移位为0处的相关值外其他相关值只会出现与相同长度的m序列优选对相同的3个值： 因此，将扩频序列循环移位到相关值为-1的位置处时，即移位的步 数对应于扩频序列的自相关函数中-1所在位置。可使系统能够获得最低的误码率，从而可实 现更高的传输数据率。

发射端位置调制的具体步骤为：设接收到的信号序列为r(n)，本地扩频码序列为s(n)，长 度为N，位置调制进制数为C，则可以有2^C个不同的移位值，移位时参考的序列为位置序列 p(n)，位置序列p(n)的元素为不同的移位值，可知，扩频序列按照p(n)的元素移位后与原扩 频序列的相关值应为-1，且位置序列p(n)的长度应为C。每个码元所需移位步数构成移位序 列p_m(n)。则调制的步骤如下：

(1)将待调制数据分组，每组包含M个用于数据调制的比特和log₂C个用于位置调制的比 特；

(2)将M个用于数据调制的比特映射到星座图上的数据，并使用扩频码进行扩频；

(3)将每个分组内的log₂C个用于位置调制的比特换算为十进制移位编号，构成移位序列 p_m(n)的第n个元素。若log₂C个用于位置调制的比特为全0，则不进行移位；

(4)将移位序列p_m(n)代入位置序列_p(_n)，形成移位步数序列p_step(n)，其中， p_step(n)＝p(p_m(n))；

(5)将每个分组构成的扩频码元进行循环右移(或左移)，移位步数为p_step(n)中对应的码 元，即第n个码元循环右移(或左移)p_step(n)步。

在接收端，本发明采用软解调方法，先用接收序列循环移位与本地序列做相关，再通过不 同位置处的相关值，利用解调算法，计算出幅度调制数据比特软解调值和位置比特软解调值， 最后配合译码器的软判决得到译码数据。

解调的具体步骤如下：

(1)对接收的扩频序列按照位置序列p(n)的元素依次进行循环左移(或右移)，并在每次 移位后与本地扩频码序列s(n)进行相关。接收到的扩频序列的循环移位与本地扩频码序列的 循环移位是等价的，即，

$d\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}r\left[(n+k)\%N\right]s^{*}\left[n\right]\iff d\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}r\left[n\right]s^{*}\left[(n+k)\%N\right]$

其中，％N表示对N求余，s^*[n]表示本地扩频码序列的共轭，进行C次移位相关后用一 个序列d(k)来存储C个相关值；

(2)在C个相关值中选取模最大的，直接读取相关值并对其解调可得到M个用于数据调制 的比特；

(3)利用求出位置数据的第k个比特的软解调值，|□|代 表求模运算，k＝1,2,...log₂C。得到全部log₂C个用于位置调制的比特的软解调值；

(4)将每M个用于调制数据的比特的软解调值和log₂C个用于位置调制的比特的软解调 值组成1个分组。将所有分组按序送入译码器，即完成解调和译码过程。

本发明的优点在于：

(1)将传统的调制方式与C进制序列位置调制结合，使每一个调制符号能够多携带log₂C 个比特的数据，提高频谱利用率。

(2)在C进制序列位置调制的基础上寻找到性能最优的调制位置。

(3)在位置解调中采用软解调的方法得到位置比特，可以与编码的软解调方法结合并降 低系统误码率。

附图说明

图1是63点Gold序列自相关函数示意图。

图2是序列位置调制到相关值为-1处的示意图。

图3是序列调制到不同相关值位置处的性能比较。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

下面给出本发明一种扩频通信中的位置调制和软解调方法的一个实施例，其中扩频码的 产生、序列的位置调制，包括以下各步骤：

(1)如图1所示，采用63点长的Gold序列，由初始状态为[010110]，抽头位置为[16] 的m序列和另一初始状态为[000101]，抽头位置为[1256]的m序列做模2和产生。

(2)选取调制方式为QPSK+二进制位置调制，移位方式为循环右移，信道编码为编码效率 R＝1/2的Turbo码。这里我们仿真位置调制位置在相关值的-1处的性能，同时仿真调制在相 关值中除峰值外的较大值处和较小值处(对于63点长的序列分别对应的是相关值为15处和 -17处)作对比，如图2，其中位置比特为0代表对序列不进行移位。

(3)对接收到的位置调制后的扩频序列按照位置调制的移位步数进行循环左移，并在每次 移位后与本地扩频码序列进行相关。进行两次移位相关后用一个序列d_QPSK(n)来存储两次的 相关值；

(4)选取两次相关值中模值大的一组，直接读取相关值的实部和虚部可得2个比特的QPSK 数据；

(5)利用|d_QPSK(1)|-|d_QPSK(2)|求出位置比特的软解调值，|□|代表求模运算；

(6)将QPSK数据与位置解调数据送入turbo译码器，译码方法采用维特比译码。

(7)对比调制到不同位置时的误码率随信噪比变化曲线，找到性能最佳的调制位置。

仿真结果如图3，可以看出，调制到较小值-17位置的性能明显差于另外两个位置。调制 到-1位置和调制到较大值15位置的性能比较接近。在信噪比较低时，调制在15位置的性能 稍好于-1位置，但当信噪比较高时，自相关值为-1位置调制的性能明显优于15处，且信噪 比越大，效果越明显(图中调制到自相关值-1处时的曲线在SNR＝-6时BER＝0)。