基于偶位GOLD码的超宽带多径信道性能分析

李 瑞 张朝霞 王华奎

（1太原理工大学信息工程学院，山西 太原 030024 2、太原理工大学计算机基础教育部，山西 太原 030024）

1 引言

UWB（Ultra-Wide Bandwidth，超宽带）脉冲无线电技术是近年来在国际上新兴的一种无线通信技术。超宽带技术不同于其它无线通信技术，它具有隐蔽性好、抗多径和窄带干扰能力强、传输速率高、系统容量大、穿透能力强、低功耗、系统复杂度低等一系列优点，而且可以重复利用频谱，解决频谱拥挤不堪的问题。

本文选用Gold码偶位码来代替TH-PPM和TH-PAM调制方式中的传统跳时码，对基于IEEE UWB的标准信道模型下的UWB Rake接收机的性能进行了分析和对比。本文利用仿真软件并结合理论知识经过大量的仿真实验，为实际应用提供了一定的理论基础。

2 Gold码偶位码

Gold序列是2个周期相同，速率也相同的m序列，由同步时钟控制逐位模2加组合而成，产生的Gold序列的周期与这两个子序列的周期也相同。并且两个n级移位寄存器可以产生个 Gold 序列[1]。

Gold码的偶位码是在Gold码末尾加一位0或1，使0，1个数尽量相等，此时码位数变为偶数2k（k为正整数）。例如，GOLD码序列001001010010000，0的个数比1多，则在其末尾添1，因此该GOLD码序列的偶位码为0010010100100001[4]。

3 发射信号模型

本文的发射模型用到两个模型，TH-PPM和TH-PAM，TH-PPM用信息符号控制脉冲幅度，TH-PAM用信息符号控制发射信号的时延[5]。本文由于篇幅原因只列出TH-PPM模型的原理和仿真。

基于跳时脉冲位置调制(TH-PPM)方式的超宽带无线通信跳时多址技术，是在1993年由KA.scholtz提出的。这是一种最典型的超宽带无线通信调制方式。UWB信号的产生可表述为以下表达式：

式中P(t)表示的是发送的单周期脉冲，{cj}是PN码序列；{d[j/Ns]}表示信息码序列；Ns为每个信息符号发射的脉冲个数，也是帧的个数；;j为帧的序数；TS是无调制时的均匀单周期脉冲的重复周期，取值一般是高斯单脉冲宽度的上千倍；TC为PN码所控制的脉冲时延偏移单位，即码片持续时间；δ为信息码{d[j/NS]}控制的附加时延（有时称为时间调制指数），当信息码为1时，有δ；信息码为0时，无δ。

传统PN码采用重复编码，每NS个单周期脉冲波形传送1个二进制符号，信号码的脉宽TS=NSTf，信息速率 RS=1/TS。

4 信道模型

在实际的信道中，由于脉冲形状的变化，系统系能会大大下降，例如，在室内环境中，由于墙壁和障碍物的存在，电磁波通常会产生发射，衍射，散射，接收机接收到的信号是许多分量的叠加。在对连续传输多径传播信道模型中采用的传统方式进行评述以后，本文对IEEE802.15.SG3a工作组提出的UWB信道模型[5]进行了描述和仿真。

当下面的参数明确后，由冲激响应式（1）表示的信道模型就可以完全表征出来：簇平均到达速率Λ；脉冲平均到达速率λ；簇的功率衰减因子Γ；簇内脉冲的功率衰减因子γ；簇的信道系数标准偏差σξ；簇内脉冲的新桃系数标准偏差σζ；信道幅度增益的标准偏差σg。IEEE给出了四组不同环境下的参考值。本文限于篇幅，选用了CM3：LOS(4~10m)的视距信道作为实验信道，该信道的相关参数为 Λ=0.0667、λ=2.1、Γ=14、γ=7.9、σξ=3.3941、σζ=3.3941、σg=3。

5 接收机的选取

本文采用Rake接收机。Rake接收主要应用了分集技术的思想，分集技术是研究如何充分利用传输中的多径信号能量，以改善传输可靠性的技术.它是一项主要的抗衰落技术，可以显著地提高多径衰落信道下无线通信系统的可靠性。由于多径分量中包含着发送信号的有用信息，因此，可以通过这些多径分量能量的组合提高接收机的信噪比，Rake接收机就是一种能够完成这一功能的接收技术。ARake为理想情况下的接收机；SRake为选择性Rake接收机，它从接收机输入端获得的多径分量中选择LS个最好的分量，这样接收机的分支路径数目可以减少，但接收机仍需跟踪所有的多径分量以便选择。P-Rake为部分Rake接收机，它没有选择过程，直接合并最先到达的LP个路径。

6 接收机性能仿真及结果分析

本文分别将传统跳时码、平衡Gold码和偶位Gold码应用到UWB系统中，分别在PPM和PAM两种制式的情况下，仿真产生跳时超宽带信号，选取了CM1信道作为仿真信道模型，由三种Rake接收机来接收跳时超宽带信号，并比较不同序列不同支路的信噪比。图1至图2给出了PPM制式下周期为511时的仿真图像。

图2 PPM制式下不同支路的PRake性能比较

图1 PPM制式下不同支路的SRake性能比较

7 结论

根据以上分析与仿真结果可以知道，ARake的接收性能最好，偶位Gold码的误码率总低于平衡Gold码，而平衡Gold码的误码率又总低于传统跳时码。从仿真结果可以看出，采用偶位Gold码能够明显地降低系统误码率，达到了很好的效果。并且Gold码偶位码较之Gold码易于用单片机或EPROM等数字技术产生，且容易与数字信息码同步，使偶位Gold码在超宽带中的应用更具有可行性。

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