基于波形设计的认知CDMA抗干扰方法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jp19861213
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随着通信理论与方法的发展,通信用户数量日渐增多,导致有限的频谱资源日益稀缺。认知无线电方法可使得认知用户(CU)利用空间的白谱进行通信,提高了频谱利用效率。认知CDMA系统,不仅具有CDMA方法的优势,同时能够使得用户形成具有零陷可控的频谱,将其作为认知无线电的具体实现方法,可有效降低CU频谱接入时对于授权用户(AU)的干扰,同时保证CU自身的通信性能。新型的认知无线通信系统——认知CDMA通信系统,就是这两者结合而成。  本文针对认知CDMA通信系统抗干扰方法进行研究。主要包含三个方面:第一,针对窄带授权或者干扰,认知CDMA用户在占用的频段形成零陷,来规避与窄带AU或干扰用户;第二,认知CDMA用户与宽带CDMA授权以及认知CDMA用户自身存在多址干扰,研究多址干扰的抑制;第三,认知CDMA用户在实际通信中,需要研究抗多径干扰的方法。三方面的干扰抑制方法均通过波形设计实现。具体工作如下:  (1)对用户的误码率性能的分析,经典的分析都是在时域上基于噪声和信号的统计特性进行的。而在认知系统下,基于频谱感知的基础上,对AU的频谱占用情况是最直观的。在非理想情况下,CU和AU的频谱是存在重叠的,当CU和AU非正交时,这样的频谱冲突带来双方性能的下降。因此,从频域上建立CU与AU频谱重叠的程度和误码率性能的关系,能够更直观的反应频谱重叠对系统性能造成的损失。本文推导了三种经典调制和任意chip波形的扩频通信两类通信系统在干扰存在下的误码率公式,推导并证明了CU和AU非正交条件下频谱重叠因子的存在,并给出了其与误码率的数学表达式,并证明了CU和AU非正交的条件下频谱重叠因子正比于误码率。即CU与AU非正交时,两者的频谱重叠程度越严重,系统的误码率性能越恶化。论文给出了定量计算频谱重叠因子的方法,并证实了这种量化指标的有效性、合理性。  (2)在频谱重叠因子的基础上,给出了一种基于chip码元波形设计的认知CDMA用户的频谱零陷方法。论文首先证明了认知CDMA用户的频谱零陷由chip码元波形和扩频序列共同决定的。认知CDMA用户首先根据空间检测的频谱占用情况,确定所需的频谱需求模板,根据频谱需求模板对chip码元波形进行设计,就可以使得认知CDMA用户发射信号在AU频段形成零陷。  (3)对认知CDMA用户来说,多址干扰是影响其性能的主要原因。尤其是当AU同样采用CDMA技术时,AU与CU也存在多址干扰。随着用户数量的增多、通信环境的复杂,研究进一步降低多址干扰的新方法,就变得有意义。论文给出两种降低多址干扰的新方法:基于能量谱平坦度准则的多波形优化方法和波形集构造方法。基于能量谱平坦度准则的多波形优化方法:通过推导分析已有的双波形优化(DWO)降低多址干扰的原理,提出了ESFC;论文给出了能量谱平坦度的计算方法;基于ESFC的基础上,优化选取多波形组合,对扩频序列进行波形成型后形成扩频信号,利用此扩频信号进行扩频,就可以进一步降低用户的多址干扰,提升误码率性能。基于波形集(WS)构造的方法:对于任意多的用户,都可以设计出仅仅由两种或者三种常规波形构成的WS。任意多的用户分别使用WS里的单一波形作为码元波形,就可以进一步降低多址干扰。论文给出了WS的求解过程。  (4)已有的认知CDMA用户的频谱零陷方法,主要通过CDMA用户使用复合序列作为扩频序列实现。这种方法中CDMA用户的频谱零陷相对固定,并且认知CDMA用户在实际衰落信道下的抗多径性能未曾进行分析。论文在分析复合序列自相关性的基础上,指出了复合序列自相关性降低引起认知CDMA用户抗多径干扰性能下降的问题,给出了一种采用修正Hermite函数的复合CDMA方法。修正Hermite函数,具有良好的时域收敛特性、良好的自相关和互相关特性、一定的频谱零陷特性。使用修正Hermite函数作为chip码元波形,可以弥补复合CDMA用户自相关性降低的问题,提升复合用户的抗多径能力,同时进一步降低复合用户之间的多址干扰。更重要的是,修正Hermite函数的频谱零陷特性,能够进一步增加复合CDMA用户的零陷,使用不同阶次的修正Hermite函数,可以改变零陷的位置。采用修正Hermite函数的复合认知CDMA用户,可以进一步提升其规避AU或干扰的能力。
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