Page 17 - 网络电信2024年8月刊

运营商专栏

yk =Akxk + nk + vk, (1) [-127,127]中,再进行扩频解扩处理。图1为8 bit量化64位扩频
系统在不同SNR下误码率(Bit Error Rate, BER)的比较。
式中：Ak表示传输的信道衰减因子，nk表示第k个符号周期
图1 用户性能
内均值为0、方差为σ2白噪声信号，vk表示第k个符号周期内来

自系统外的干扰噪声。在接收端使用码片级匹配滤波可得第k个

符号周期的接收序列为：

当存在外部干扰信号v时，衡量系统性能的重要指标的信干
噪比为：

式中：Pk表示用户每信息比特的功率，R为干扰信号或色噪
声的协方差矩阵，在给定高斯白噪声的情况下，则需要最大化
信干比。

1.2 最优问题的求解
根据上节提出的最优问题，使用拉格朗日乘子法构造代价
函数：

J=SHRS+λ(1-SHS)+μSHS。 (4)
令代价函数J对变量S的偏导为零，得优化问题的最优条件
为：

扩频序列S与噪声协方差矩阵的特征向量间具有相似的性 2 特征扩频通信链路设计思路
质，当使用最小特征值对应的特征向量作为特征扩频序列，使
SHRS=λ取得最小值，实现信干比与SINR的最大化。 扩频或特征扩频都是利用高速率的扩频序列在发射端扩展
信号的频谱，扩频原理如图2所示，根据信息比特“1”或“0”
1.3 特征扩频序列设计方法 控制扩频的序列是否乘以-1,而在接收端用相同的扩频序列进行
干扰信号的协方差矩阵R可以通过在接收端对系统外噪声进 解扩即同步相乘求和，通过求和结果的符号来判断比特“1”或
行采样并计算得到，采样序列通过卫星转发器放大并转发至卫 “0”。其核心思想均为提升码元发送速率的同时不改变信息发
星地面站，在地面站获得采样值并完成特征扩频序列的计算， 送的速率，提升的带宽中便能放入大量的冗余，用多位的扩频
再发送到卫星上实现扩频与解扩序列的同步。 码去估计一位的数据，用于实现低SNR下的数据通信。
假设M为任意数，N为扩频序列长度，取M>N,总共需要MN个
噪声信号采样值，并构成M个采样值向量： 图2 扩频原理

噪声矩阵i=[i1,i2,…,im]对应的协方差矩阵为：

（m=1,2,…,M）
对实对称协方差矩阵R进行特征值分解：

为了适应FPGA的数字运算，取得最小特征值λmin所对应的 2.1 通信链路工作原理与逻辑
特征向量umin后，需要对umin进行量化，量化的比特数越多，系 发送机流程如图3所示，从通信发送机开始，FPGA通过函数
统在相同信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)下的性能越好。 从上位机获取到要发送的数据，数据以16位二进制数表示，即2
在本设计中，取8 bit量化，即将特征向量的元素量化到区间 Byte。数据会先存储到FPGA中分配好的随机存取存储器(Random
Access Memory, RAM)内，同时发送机内另一模块会循环检测

22 网络电信 二零二四年八月