小波在擴頻通信中的應用
本文描述了基于正交小波函數(shù)族的多址通信原理,并提出了一種多速率正交小波調制方法.用具有不同伸縮尺度的小波函數(shù)對不同信道中的碼流進行編碼,可以達到擴展信息序列頻譜的目的,因此這一多址技術具有很好的抗干擾性能.本文還討論了這一多址方式的其它特點,并針對信道容量不平等問題提出了一些解決辦法.
關鍵詞:小波;多址通信;調制;擴展頻譜
The Applications of Wavelet in Spread Spectrum Communications
WU Hao,SONG Wen-tao,LUO Han-wen
(Dept.of Electronic Engineering,Shanghai Jiaotong Univ.,Shanghai 200030,China)
Abstract:The principle of multiple access communication is described,which is based on the orthogonal wavelets in this paper.And a multirate orthogonal modulation scheme is proposed.The goal of spreading information sequence spectrum is met by coding bit-streams with the different scaled wavelets.So this multiple access technology has a good performance in resisting narrow jam and interference.The other characteristics are also discussed.Some methods are given to resolve the inequity of the channel capacity.
Key words:wavelet;multiple access communications;modulation;spread spectrum
一、引 言
近年來,小波分析方法在信號檢測、多尺度邊緣提取、語音及圖像處理等諸多通信領域得到了廣泛應用[7,8].在擴頻通信領域中,基于正交小波函數(shù)族的多址擴頻技術也被提出[1],并被稱為SDMA(scale-division multiple access,尺度劃分多址).現(xiàn)在廣泛應用的CDMA技術是利用偽隨機序列來進行擴頻,所得到的近似正交的偽噪聲序列具有很強的抗窄帶噪聲的性能;而SDMA則利用正交小波函數(shù)族來完成擴頻,同樣具有類似性能.但是,在CDMA系統(tǒng)中,信息都是在同一頻段上傳輸,窄帶噪聲會污染整個信息流;而在SDMA系統(tǒng)中,信息被分配到不同子帶上傳輸,窄帶噪聲只會污染部分信息流,因此,SDMA的系統(tǒng)性能要優(yōu)于CDMA.下面將分別闡述SDMA的原理、調制解調模型和SDMA的特點,最后給出結論.
二、SDMA擴頻原理
小波分析的基礎理論為尋找合適的正交小波函數(shù)族提供了強有力的理論依據(jù),也是SDMA的數(shù)學基礎.小波函數(shù)定義為
(1)
式中w(t)稱為基本小波.實際應用中,通常采用進二小波,定義為
ψmn(t)2m/2ψ(2mt-n) (2)
根據(jù)小波函數(shù)性質,有ψmn.ψkl>=δm,kδn,l,其中δi,j=對任意信號x(t),其離散二進小波變換及反變換為
xmn=∫+∞-∞x(t)ψmn(t)dt (3a)
(3b)
現(xiàn)在考慮M條二進制碼流sm∈{0,1},m=1,2,…,M,對于在L2(R)上的正交集ψmnT,可將sm合并為
(4)
其中n表示一個序列的第n個比特,T是一個比特的持續(xù)時間.因此,在接收端信號的解調就是根據(jù)(3b)對c(t)進行小波變換以提取序列sm.下面從式(4)出發(fā)來推導c(t)的功率譜表達式.
c(t)的自相關函數(shù)為
假定信息序列{sm(n)},m=1,2,…,M,是廣義平穩(wěn)過程,其自相關函數(shù)定義為Rss(k)=E[s*m(n).sm(n+k)],所以
因為c(t)為廣義周期平穩(wěn)過程,故有
(5)
從式(5)的傅立葉變換得到c(t)的功率譜密度表達式
(6)
其中,并定義信息序列的譜密度為
代入式(6)就得到Φcc(ω)的進一步表達式
(7)
從式(7)可以看出,信息序列經(jīng)過小波變換編碼后,其頻譜得到了擴展,并且擴頻系數(shù)η=2m,m>0.可見,各信道的擴頻系數(shù)是不相同的.
三、基于SDMA的調制解調模型
根據(jù)多分辨率分析理論,信號c(t)的調制與解調就是小波重構與分解過程.為此,引入另一個函數(shù)φ∈L2(R),且有φmn(t)=2m/2φ(2mt-n),使得分別以ψ和φ為基的兩個空間相互正交,則存在兩個序列{p(n)}和{q(n)}使得
(8a)
(8b)
(8c)
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