专利名称：一种基于直接序列cdma-uwb的认知无线电系统接收机的利记博彩app
技术领域：
本发明提供了一种基于直接序列码分多址-超宽带(Code Division Multiple Access-Ultra Wideband, CDMA-UWB)的认知无线电接收机，它是一种基于衬底式 (Underlay)接入方式的超宽带认知无线电系统设备。特别是该设备是针对采用超宽带脉冲序列为发射脉冲，以具有零相关区的具有更好的误码率性能桥函数三值序列为输入序列而发明的一种接收机，采用隐分集技术中的Rake接收机接收信号，并采用反馈判决均衡技术对Rake接收机分集合并的信号进行均衡处理。本发明属于认知无线电技术领域。
背景技术：
最近二十年里，随着社会发展，人们对无线通信的需求迅速增加，无线网络快速增长。因许多主要无线频谱已经分配给特定的应用，频谱的稀缺变得越来越严重。因此，如何在有限的频谱资源下满足人们对无线通信日益增长的需求是无线通信领域一个十分重要和艰巨的任务。最近测试表明授权频谱没有被充分利用。在此背景下，一类重用频谱资源的无线电技术被一些研究机构和标准制定组织相继提出，这其中最典型的是超宽带无线通信技术(Ultra Wideband, UffB)和认知无线电技术(Cognitive Radio，CR)。这两种技术因其诱人的应用前景而发展迅速。并且由于它们在频谱重用方式，技术实现层面等诸多不同， 将两种技术相结合的进一步研究新奇关注。超宽带技术自上世纪90年代起应用于民用领域之后，在国际上掀起了一股研究热潮，被认为是下一代无线通信的革命性技术。超宽带作为一种与传统技术有很大不同的无线通信技术，具有高速率，低成本，低功耗的特点，使得UWB成为下一代短距离高速率无线通信的最佳候选技术。超宽带技术目前可分为两类基于窄脉冲式的冲击类UWB和基于调制载波扩频式的载波类UWB。相应地，目前在国际上占主要地位的UWB设计方案包括直接序列 CDMA-UWB 方案和多载波 OFDM-UWB (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)方案。CDMA-UWB是基于脉冲的UWB方案，而OFDM-UWB是基于多载波的UWB 方案，它采用OFDM技术传输子带信息，两种技术方案各有优缺点。认知无线电作为一种革命性智能频谱共享技术，可以显著地提高频谱的使用率， 近几年受到了人们的广泛关注。认知无线电的概念是软件无线电的进一步拓展作为一种全新的智能无线通信技术，认知无线电涵盖面更为广泛，认知无线电的功能也更加强大。桥函数系是一种由三值“-1 ”、“0”、“ 1，，元素构成的非正弦正交函数系——桥函数系，凭借它的移位参数来对序列内部零元素数目的可重构的能力和优良的抗同步误差、抗多径和多址干扰的能力，得到了越来越多的应用。桥函数序列具有的零元素数目可重构的能力，让它能根据工作的无线环境来调整码的长度、码集的大小和码型。认知无线电的动态频谱接入技术可分为交互式接入(Overlay)和衬底式接入 (Underlay)。Overlay动态频谱接入具体来讲就是一个认知节点利用未被使用的一段频谱接入网络；这种情况对授权用户造成的干扰最小。Underlay动态频谱接入这种方案利用了蜂窝网络的频谱扩展技术。一旦获得了频谱分配映射图(Channel Map，CM)，认知节点便开始传输，在这段频谱上，授权用户把认知节点的传输当成噪声来处理，因而，这种方案需要复杂的扩频技术。与Overlay频谱共享方案相比，这种方案可以利用更宽的带宽。正因为认知无线电技术、超宽带技术等在通信领域的迅速发展应用，使得发明出相应的方便实用有效的接收机的重要性，本发明正是针对采用超宽带脉冲序列为发射脉冲，以具有零相关区的具有更好的误码率性能桥函数三值序列为输入序列而发明的一种接收机，采用隐分集技术中的Rake接收机接收信号，并采用反馈判决横向均衡技术对Rake接收机分集合并的信号进行均衡处理。
发明内容
1、目的本发明的目的是提供一种基于直接序列CDMA-UWB的认知无线电系统接收机，该设备采用隐分集技术中的Rake接收机接收信号，并采用反馈判决均衡技术对Rake接收机分集合并的信号进行均衡处理。2、技术方案本发明一种基于直接序列CDMA-UWB的认知无线电系统接收机，该设备主要由 Rake接收机模块，均衡器与判决器模块两部分构成。他们之间的关系是Rake接收机模块接收由多条路径传输过来的信号，在Rake接收机模块内对这些信号进行选择、加权求和等处理，得到的信号进入均衡与判决器模块内部，在均衡与判决器模块内部把反馈判决和均衡处理相结合对Rake接收机模块处理后的信号进行进一步的处理，使其更接近实际信号， 从均衡与判决器模块内输出的信号就是接收端实际得到的信号。以上就是本发明所要用硬件实现的部分，要判断该系统的可靠性，可以利用接收到的信号与原始信号序列求出误码率，这是本发明中所要进行的理论分析，各部分之间的信号流向如图2所示，本发明在整个通信系统中所在的位置如图1所示。1Rake接收机模块由移动信道的特点可得知信号的传输存在着三类主要的衰减路径传播损耗，慢衰落损耗和快衰落损耗(即多径损耗)，其中传播损耗和慢衰落损耗可以通过功率控制技术克服，而多径损耗是不可避免的，其中一种比较常用且有效的方法就是采用分集技术，又因为本发明针对的是以桥函数为发射信号序列的扩频通信系统，而桥函数具有很好的相关特性，Rake接收机这种隐分集技术就是利用扩频码序列的良好的自相关特性和互相关特性来识别多径信号，并充分利用多径信号来提高接收机性能，进而增加通信系统可靠性的一种技术，所以在接收端采用隐分集技术中的Rake接收技术，RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于背景噪声的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果。经过调研，结合CDMA-UWB的认知无线电系统的特点，本发明中设计出的Rake 接收机模块的结构包括延时器、相关器、乘法器、积分器、加法器。它们之间的关系是接收到的信号r (t)经过延时器延时，从各个延时器抽头处取出和与发射端同步的PN码与Walsh 函数相关的结果在相关器中求相关运算，相关运算后的信号进入积分器，从O Ts求积分， 经过积分作用后的信号与相应抽头处的加权系数在乘法器中相乘，对每一个延时单元后经过上述各布运算的结果在加法器中相加合并，就得到相应的信号。原理框图如图4所示，用
4L个延时器模拟多径效应对信号传输产生的延时，前后两个延时单元之间的时间差值是一个码片宽度Tc，各延时抽头处的信号与本地已同步于发射端的Pn码和Walsh函数相关积分，相关运算后得到的信号通过0 Ts内的积分运算，实现间隔为Ts的间隔清零取样；各个积分器抽头处输出的信号与该抽头处的加权系数CiIt)相乘以纠正各条路径上传输产生的相位偏移，把加权后的各个信号相加合并就初步得到相应的信号。各个部分之间的信号流向如图4中的箭头所示。该延时器是用电阻、电容、二极管、三极管、MOS管等基本元器件相互连接组成的电路，电路图如图5所示，通过设置电阻Rl和电容C2的值就可以确定延时时间的长短。该相关器是分析系统实际需要，利用现有的元器件，经过整合设计出来的，如图6 所示，图6中的PN码寄存器是现在市场上已经有的集成芯片，型号是74166，是TTL8位并行输入，串行输出的移位寄存器，其中的数据移位寄存器是现在市场上已有的集成芯片，型号是74HC164，是8位串行输入，并行输出的移位寄存器。该乘法器是利用现在市场上已有的集成芯片普通乘法器MPY600和高速电流反馈运算放大器0PA603设计出来的电路，具体实现电路图如图8所示。该积分器是利用内部包含有两个独立的，高增益的运算放大器LM3M和电阻设计出来的电路，具体实现电路图如图7所示。该加法器是运算放大器和电阻设计出来的电路，电路图如图9所示。2均衡器与判决器模块均衡器就是利用数字滤波器对数字信号进行修正，清除一些码间串扰，常见的均衡器有线性横向均衡器(LTE)，线性格型均衡器(LLE)，判决反馈均衡器(DFE)，分数间隔均衡器(FSE)等。因为本发明针对的是认知无线电通信系统，而这种无线通信系统都有一个共同的缺点，就是受多径效应的影响，所以随通信系统所处的环境变化而产生明显的变化。 又因为判决反馈均衡具有自适应滤波器的特点，能根据通信系统所处的环境和当前信号的变化自适应的做出适当的调整，能是得到的信号较接近源信号，所以在本发明中设计出一种均衡器与判决器模块，其原理就是一种自适应滤波处理，即直接从实际数字信号中根据某种算法不断调整增益，因而能适应信道的随机变化，使均衡器总是保持最佳的状态，从而保持较好的失真补偿性能。如图10所示。该均衡器与判决器模块包括前馈横向滤波器、 加法器、反馈横向滤波器和判决器四部分组成，它们之间的关系是经过前馈横向滤波器处理过的信号与反馈横向滤波器的反馈信号在加法器里求和，它们的和被送到判决器进行判决，判决器得出结果的同时给出一个反馈量送入反馈横向滤波器，对前馈横向滤波器的结果进行纠正。该前馈横向滤波器经过调研，结合该系统的实际需要，利用现有的一些集成芯片和一些基本电子元器件而整合设计出来的电路，它由延时器、乘法器和加法器组成，延时器利用上面所述的电路图5，乘法器利用上面所述的电路图8，加法器利用上面所述的电路图9，即该延时器、乘法器和加法器与Rake接收机模块里的延时器、乘法器和加法器结构相同；原理图如图11所示。该反馈横向滤波器与前馈横向滤波器原理相同，所不同的只是输入量的不同，这里不再赘述；该判决器实际上就是一个电压比较器，本发明中是利用现有的四差分集成芯片LM339和电阻设计而成的电路，具体实现电路图如图12所示。3、本发明的优点及功效1本发明适用于采用Underlay接入技术的认知无线电技术可以使用较宽的带
5宽，提高频谱的使用率。2本发明适用于采用三值桥函数序列作为扩频序列的系统，桥函数序列具有的零元素数目可重构的能力，让它能根据工作的无线环境来调整码的长度、码集的大小和码型，可以有效地增强系统抗多址干扰的能力。3本发明采用Rake接收机，RAKE接收机能实现对多条路径传送的信号的接收与跟踪并根据具体情况进行适当的取舍，将从选中的各个路径中获得的信号按一定的算法进行合并，能比较有效的得到原发送信号。4本发明采用自适应横向均衡技术，能根据当前输出信号的情况在一定范围内实时的对接收到的信号进行调整，抑制导频干扰。
图1是认知无线电通信系统的整体系统示意图；图2是认知无线电通信系统接收机的原理结构示意图；图3是桥函数三值序列源的工作流程示意图；图4是Rake接收机模块的原理结构示意图；图5是Rake接收机模块中延时器的电路示意图；图6是Rake接收机模块中相关器的工作过程示意图；图7是Rake接收机模块中积分器的电路示意图；图8是Rake接收机模块中使用的乘法器的电路示意图；图9是Rake接收机模块中使用的加法器的电路示意图；图10是均衡器和判决器模块的工作原理示意图；图11是均衡器中使用的横向滤波器的原理示意图；图12是判决器即电压比较器的电路示意图；图中的符号说明如下图1中的A、B和C分别表示发射机，传输信道和接收机；图4中的r (t)表示接收机接收到的信号，Tc表示相邻码片之间的间隔，表示延时器，PN表示与发射端待调制的输入序列同步的序列，Walsh表示沃尔什序列，C^t)表示相应第i条路径上的加权系数；图5中的VDl和VD3表示普通的单向导通二极管，VD2表示稳压二极管，VTl表示 PNP型三极管，VT2表示NPN型三极管，VT3表示N沟道耗尽型场效应管；图6中的Xl (η)表示相关器输入端幅值受限的输入数据序列信号，yl (η)表示相关器的输出信号；图7中的LM3M是运算放大器；图8中的D表示高速电流反馈运算放大器0ΡΑ603 ；图9中的E表示运算放大器LM324 ；图10中的r’ (k)表示由Rake接收机分集接收合并后输出的信号，y(k)表示r(k) 经前向滤波器滤波后的信号与反馈信号的和，X’ (k)表示y(k)经过判决后得到的信号， X’ (k-Ι)表示判决器输出信号经过反馈滤波器后反馈到判决器输入端的信号；图11中的E表示乘法器，F表示延时器，G表示加法器；
图12中的Vkefi和Vkef2表示比较器的两个参考电压，F和G都表示运算放大器 LM339。
(五)具体实施方案本发明一种基于直接序列CDMA-UWB的认知无线电系统接收机，就单用户系统来说，结构框图如图2所示。该接收机由RAKE接收机模块、均衡器与判决器模块两部分组成。 他们之间的关系是=Rake接收机模块接收由多条路径传输过来的信号，在Rake接收机模块内对这些信号进行选择、加权求和等处理，得到的信号进入均衡与判决器模块内部，在均衡与判决器模块内部把反馈判决和均衡处理相结合对Rake接收机模块处理后的信号进行进一步的处理，使其更接近实际信号，从均衡器与判决器模块内输出的信号就是接收端实际得到的信号。此外，本文中还从理论上对本发明的接收机的可靠性进行了分析。各个部分之间的信号流向如图2所示。在此需要说明，由于桥函数三值序列具有三种取值，“_1”、“0”、“+1”，而一般使用的数学器件在逻辑上只有“0”、“+1”两种状态，所以可使用下面的方法将桥函数分解为二值函数形式Fi (t) = |Bri(i)(0)当Bri(i) < = 0 时，F“t) =+1 ；当 Bri (i) >0 时，F“t) =+1 ；上面提到的Bri (i) 就是桥函数三值序列，Fi (t)就是被分解后转换为普通的二值序列的桥函数序列，下面不再说明。图3是桥函数三值序列源的工作流程示意图；而图1是认知无线电通信系统的整体系统结构示意图；1单用户系统所述Rake接收机模块包括延时器、相关器、乘法器、积分器、加法器等。它们之间的关系是接收到的信号r(t)经过延时器延时，从各个延时器抽头处取出和与发射端同步的PN码与Walsh函数相关的结果在相关器中求相关运算，相关运算后的信号进入积分器， 从0 Ts求积分，经过积分作用后的信号与相应抽头处的加权系数在乘法器中相乘，对每一个延时单元后经过上述各布运算的结果在加法器中相加合并。RAKE接收机的基本原理就是将那些幅度明显大于背景噪声的多径分量取出，对它进行延时和相位校正，使之在某一时刻对齐，并按一定的规则进行合并，变矢量合并为代数求和，有效地利用多径分量，提高多径分集的效果，这种接收技术是利用扩频码序列的良好的自相关特性和互相关特性来识别多径信号，并充分利用多径信号来提高接收机性能，进而增加通信系统可靠性的一种技术。原理框图如图4所示，用一 L个延时器模拟多径效应对信号传输产生的延时，前后两个延时单元之间的时间差值是一个码片宽度Tc，各延时抽头处的信号与本地已同步于发射端的Pn码和Walsh函数相关积分，相关运算后得到的信号通过0 Ts内的积分运算，实现间隔为Ts的间隔清零取样；各个积分器抽头处输出的信号与该抽头处的加权系数CiIt)相乘以纠正各条路径上传输产生的相位偏移，把加权后的各个信号相加合并就初步得到相应的信号。各个部分之间的信号流向如图4中的箭头所示。延时器是经过调研后用电阻、电容、二极管、三极管、MOS管等基本元器件设计出来的电路，如图 5 所示，图 5 中使 R2 = 4. 7kΩ , R3 = 50 Ω , R4 = 470 Ω , R5 = 4. 7kΩ , R6 = Ik Ω，R7 = Ik Ω，R8 = 2. 2k Ω ；Cl = 0. OluF, C3 = 0. IuF,则延时时间由 Rl 和 C2 的取值
7决定，通过设置电阻Rl和电容C2的值就可以确定延时时间的长短。经过延时器延时后的信号从抽头处出来后还要经过相关运算，经过调研，本发明中设计的原理图如图6所示，PN码寄存器是现在市场上已经有的型号为74166的TTL8位并行输入，串行输出的移位寄存器，里面存放的是与输入端序列同步的序列，限幅序列X(I) 就是图4中的Walsh序列，在时钟信号的作用下，将两组数据存入移位寄存器内，该移位寄存器是现在市场上已有的集成芯片，型号是74HC164，是8位串行输入，并行输出的移位寄存器，在移位寄存器内将移位后同一时刻的序列分别进行计算。同时在规定的时刻把移位寄存器内得到的结果送到累加器中进行累加求和。累加器就是简单的同相加法器，本发明中使用比较简单常用的电路，对应的电路图如图9所示，取L = 8，R17 = IkQ。利用四相加法运算放大器的虚短、虚断特性，可得到 Γ R1权利要求
1. 一种基于直接序列CDMA-UWB的认知无线电系统接收机，其特征在于它由Rake接收机模块，均衡器与判决器模块两部分构成；其间关系是Rake接收机模块接收由多条路径传输过来的信号，在Rake接收机模块内对这些信号进行选择、加权求和处理，得到的信号进入均衡与判决器模块内部，在均衡与判决器模块内部把反馈判决和均衡处理相结合对 Rake接收机模块处理后的信号进行进一步的处理，使其更接近实际信号，从均衡与判决器模块内输出的信号就是接收端实际得到的信号；所述Rake接收机模块，包括延时器、相关器、乘法器、积分器、加法器；它们之间的关系是接收到的信号r(t)经过延时器延时，从各个延时器抽头处取出和与发射端同步的PN码与Walsh函数相关的结果在相关器中求相关运算，相关运算后的信号进入积分器，从0 Ts 求积分，经过积分作用后的信号与相应抽头处的加权系数在乘法器中相乘，对每一个延时单元后经过上述各步运算的结果在加法器中相加合并，就得到相应的信号；该延时器是用电阻、电容、二极管、三极管、MOS管元器件构建出来的电路，通过设置电阻Rl和电容C2的值就确定延时时间的长短；该相关器是根据系统实际需要，利用现有的元器件，经过整合设计出来的，其中的PN码寄存器是现已有的型号是74166的集成芯片，它是TTL8位并行输入、 串行输出的移位寄存器，其中的数据移位寄存器是现在市场上已有的型号是74HC164的集成芯片，它是8位串行输入、并行输出的移位寄存器；该乘法器是利用现在市场上已有的集成芯片普通乘法器MPY600和高速电流反馈运算放大器0PA603设计出来的电路；该积分器是利用内部包含有两个独立的，高增益的运算放大器LM3M和电阻设计出来的电路；该加法器是运算放大器和电阻设计出来的电路；所述均衡器与判决器模块，它由前馈横向滤波器、加法器、反馈横向滤波器和判决器四部分组成，其间关系是经过前馈横向滤波器处理过的信号与反馈横向滤波器的反馈信号在加法器里求和，它们的和被送到判决器进行判决，判决器得出结果的同时给出一个反馈量送入反馈横向滤波器，对前馈横向滤波器的结果进行纠正；该前馈横向滤波器由延时器、 乘法器和加法器组成，它们与Rake接收机模块里的延时器、乘法器和加法器的结构相同； 该反馈横向滤波器与前馈横向滤波器原理相同，不同的只是输入量的不同；该判决器是一个电压比较器，这里是利用现有的四差分集成芯片LM339和电阻构成的电路。
全文摘要
一种基于直接序列CDMA-UWB的认知无线电系统接收机，它由Rake接收机模块，均衡器与判决器模块两部分构成；其间关系是Rake接收机模块接收由多条路径传输过来的信号，在Rake接收机模块内对这些信号进行选择、加权求和处理，得到的信号进入均衡与判决器模块内部，在均衡与判决器模块内部把反馈判决和均衡处理相结合对Rake接收机模块处理后的信号进行进一步的处理，使其更接近实际信号，从均衡与判决器模块内输出的信号就是接收端实际得到的信号。本发明采用隐分集技术中的Rake接收机接收信号，并采用反馈判决均衡技术对Rake接收机分集合并的信号进行均衡处理。它在认知无线电技术领域里具有广阔的应用前景。
文档编号H04B1/7115GK102364882SQ20111036916
公开日2012年2月29日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者周正, 杨洪旗, 洪晟, 陶文辉 申请人:北京航空航天大学