基于正交扩展的MBOFDM系统性能分析

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1、基于正交扩展的MB-OFDM系统性能分析　　论文关键词：MB-OFDM　正交扩展矩阵　误差权重分布　高阶旋转扩展矩阵　　论文摘要：针对MB-OFDM通信系统存在窄带干扰的问题，提出了一种基于高阶旋转扩展矩阵(HigherOrderRotationSpreadingMatrix)的多带OFDM系统。同时用误差权重分布(ErrorWeightDistribution)方法分析各种角度的高阶旋转扩展矩阵及其他正交扩展矩阵（Hadamard,RotatedHadamard）的分集度，并在实验仿真中比较了各种

2、扩展矩阵对MB-OFDM系统性能的影响，结果表明各种角度（/2除外）的高阶旋转扩展矩阵进一步提高了UWB系统抗窄带干扰的能力。　　1引言　　超宽带（UWB,ultra-wideband）无线通信系统以其高速率、高性能、低功耗、低成本、抗多径、易数字化等诸多优势，已成为短距离无线通信领域中的新亮点，是无线个域网（WPAN）的首选方案。超宽带无线通信技术标准有多带正交频分复用（MB-OFDM,multi-bandorthogonalfrequency-divisionmultiplexing）和直接序列

3、码分多址（DS-CDMA,directsequencecodedivisionmultipleaccess）两种技术方案。前者在高速无线数据传输方面具有一定优势，因而获得了越来越多的支持。14　　UWB系统信道中含有大量的多径能量可供分集接收，在传统超宽带系统中使用卷积编码和比特交织开发信道的分集度，但在高速传输的情况下却不能发挥作用[1]。为了更加有效的提高系统的分集增益，人们把扩展矩阵引入到传统超宽带系统中，如Hadamard扩展矩阵[6]。但是文献[8]证实Hadamard扩展矩阵不能充分利用

4、多径分量。针对这一问题，本文在MB-OFDM系统中引入高阶旋转扩展矩阵，同时给予误差权重分布的方法分析了各种角度的高阶旋转扩展矩阵及其他的正交扩展矩阵（Hadamard,RotatedHadamard）的分集度，并用实验仿真的方法比较各种扩展矩阵对MB-OFDM系统性能的影响。仿真结果表明各种角度（/2除外）的高阶旋转扩展矩阵增强了MB-OFDM系统抗窄带干扰的能力。　　2系统描述　　根据FCC对UWB信号的定义[1],在MB-OFDM系统中，整个频带(3.1～10.6GHz)被划分成N（14）个带

5、宽为528MHz的子频带，并分为5个频段组，前4个频段组分别由3个子频带组成,第5个频段组由2个子频带组成。每个子频带使用128个子载波构成一个OFDM子系统，本文为了探究正交扩展矩阵的特性，只使用其中一个子带。系统结构框图如图1所示。14图1系统结构框图　　如上图所示，N个子载波被划分为个长度为m的子块，然后用扩展矩阵在这些子块上扩展传输符号，再通过载波交织和IFFT之后，传输数据就进入了频率选择性信道。在接收端，FFT处理器的输出信号为Y=ACq+n（1）　　A为复正态信道衰落系数的对角矩阵，C

6、为正交扩展矩阵，q是QPSK信号向量，n为零均值复高斯白噪声向量。　　扩展矩阵一般用来增加传输符号之间的相关性，和自适应调制不一样，本系统只是利用扩展矩阵而不是重复传输数据来增加子载波数据间的相关性[2]，如图2所示图2经过扩展调制方式的变换过程14　　在发射端QPSK信号经过正交扩展矩阵转换成高阶调制信号，增加了符号间的相关性，进而提高了整个系统的性能。目前，已有许多正交扩展矩阵可供利用，如Hadamard矩阵、RotatedHadamard矩阵、低阶旋转矩阵[3][4]等等，本文将着重研究高阶旋

7、转扩展矩阵（维数m>8）及特性。　　3高阶旋转扩展矩阵及特性　　文献[2]提出了一种叫做旋转扩展矩阵的新的正交矩阵，该矩阵比Hadamard矩阵、RotatedHadamard矩阵跟能提高超宽带系统的性能，其结构形式如下等式（2）　　旋转扩展矩阵一个很大的优点是选择不同的，能灵活的产生多种不同的正交扩展矩阵结构，同时简单的角度旋转就可以比其他的传统扩展矩阵对系统有更好的性能。但是，并不是所有的角度都能产生性能更好的扩展矩阵，例如=时，旋转扩展矩阵依然是Hadamard矩阵，当=时，QPSK信号

8、经过扩展变换之后还是QPSK映射信号，变换后的调制方式保持不变。下图表示QPSK映射点及角度为、和旋转变换后新的映射点。14图3QPSK映射及经过各种角度旋转后的映射方式　　我们可以用上面的基本矩阵U2利用CCSS[5](completecomplementarysetsofsequences)方法构成更高阶的旋转扩展矩阵，其过程可用下面的公式加以描述，　　由上面三个公式可以构成m维高阶旋转扩展矩阵，（3）式确保了高阶旋转扩展矩阵保持正交性。基于CCSS方法4维旋转扩