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宽带移动通信中的序列设计及应用研究

作　者: 李静
导　师: 黄爱苹
学　校: 浙江大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 扩频序列设计零相关窗广义正交码分多址接入相关性干扰抑制
分类号: TN929.533
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 333次
引　用: 2次
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内容摘要

无线通信业务种类繁多、对数据率要求日益提高的发展趋势,与频带资源极其有限的客观现状,要求未来宽带无线通信系统必须具备强抗干扰能力、高频谱利用率、高自由度和灵活性。CDMA在3G系统中得到了广泛的应用,有着成熟的商用基础。CDMA可以提供码域的自由度,广义的CDMA涵盖了TDMA、FDMA、随机CDMA和OFDMA等接入技术。因此针对未来系统的应用特点对CDMA技术做进一步的研究,具有重要且普适的意义。传统CDMA系统面临的干扰受限问题在宽带通信中将更加突出,有效、可行的干扰消除技术是CDMA系统的研究难点之一。分析表明,扩频序列的自相关/互相关特性和干扰强度密切相关,直接影响CDMA系统的性能。因而从扩频序列方面进行突破,是解决CDMA系统干扰问题的最直接的途径。本文首先介绍了反映扩频序列特性的基本参数,并提出了新的序列特性度量指标,为后面的序列设计和性能分析提供依据;用广义正交码的定义将现有各种正交、ZCZ序列纳入统一的框架;分析正交扩频序列的抗干扰能力和集合大小之间的关系,提出了新的序列设计应用准则。其次,研究了同步时域扩频系统中的序列设计和应用。对于基于完美互补(PC,perfect complementary)序列扩频的CDMA系统,采用偏移叠加的调制方式灵活实现多速率业务,理论上分析了信号多径分离的条件,从而提出了非递归的接收机结构,实现无干扰性能的同时解决了递归接收机错误累积的问题。为了提高系统稳健性,针对具有零相关区(ZCZ)的宽同步(LS,loosely synchronoized)码,作者分析了码集合内部的ZCZ分布特点,进而提出了新的LS码的分配策略。新策略提高了已分配码集合的平均ZCZ长度,使得LS-CDMA系统对抗多径信道的稳健性得到提高。针对现有广义正交序列的ZCZ长度均为2的幂次的局限,利用m序列的自相关特性,基于循环构造的方法,设计了一种称为m-ZCZ的新序列,产生简单,其ZCZ长度可以在整数范围取值。提出了基于m-ZCZ码的CDMA系统,设计了发送扩频码与接收端本地扩频码的帧结构,通过选择与信道最大多径时延最匹配的ZCZ长度参数,新系统的频谱效率和基于传统ZCZ码的系统相比有明显改善,尤其在信道时延非2的整数倍时。为了支持更多用户,我们提出了一种最小ZCZ长度为1的ZCZ-one序列,研究了其在系统中的应用和分配策略,研究了新系统的带宽在编码和扩频之间的分配,使得新系统既有支持大量用户接入的能力,同时又具有较强的干扰抑制能力。本文针对基于各类GO码的下行同步系统,研究了基于导频序列的信道估计方案,理论分析了信道估计准确性对系统性能的影响,对导频功率因子、导频符号数等系统参数进行优化,为系统的实用提供指导和依据。接着,针对异步时域扩频系统,本文提出了一种基于互补序列和正交矩阵扩展的新型广义正交序列——组间互补(IGC)码。该序列具有分组的二值相关特性。将IGC码应用于异步CDMA系统,根据IGC码的分组相关特性,提出新的码分配策略,使得用户间相对时延和序列间ZCZ长度最大程度匹配,达到提高码资源利用率及系统性能的目的。最后,本文研究了两种混合接入系统。针对频域扩展的MC-CDMA系统,分析了干扰强度和序列的频域相关特性之间的关系,设计了频域相关函数具有ZCZ的一种新序列——GW序列。提出一种基于GW序列的MC-CDMA系统,利用可变扩展因子的GW码支持多数据率业务,同时有效避免了基于Walsh序列的传统MC-CDMA系统存在的严重干扰。针对多天线CDMA系统,提出了互补码扩频与延迟复用技术结合的结构,证明了系统无用户间干扰及天线间干扰,并且可以灵活支持分集和复用。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-27
  1.1 移动通信的发展  11-14
  1.2 多址接入技术  14-16
  1.3 正交与非正交方案  16-19
  1.4 CDMA抗干扰技术的研究现状  19-22
  1.5 研究思路、主要贡献与论文纲要  22-27
    1.5.1 主要贡献  23-25
    1.5.2 论文纲要  25-27
第二章移动信道特征和扩频序列概述  27-38
  2.1 移动信道  27-30
    2.1.1 信道概述  27-28
    2.1.2 多径衰落信道的物理特性  28-29
    2.1.3 多径衰落信道的建模  29-30
  2.2 扩频序列  30-37
    2.2.1 扩频序列基本参数  31-33
    2.2.2 扩频序列的发展演进  33-34
    2.2.3 广义正交序列  34-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章同步时域扩频系统的序列研究和应用  38-76
  3.1 基于PC序列扩频和偏移叠加调制的CDMA系统  38-47
    3.1.1 系统模型  39-41
    3.1.2 接收机结构  41-42
    3.1.3 非递归接收机研究  42-44
    3.1.4 参数讨论  44-45
    3.1.5 仿真结果与分析  45-47
  3.2 LS—CDMA系统的稳健性分析和码分配研究  47-55
    3.2.1 宽同步码  47-51
    3.2.2 基于LS码的时域扩频系统的稳健性分析  51-54
    3.2.3 基于LS码的时域扩频系统的码分配算法及性能研究  54-55
  3.3 具有整数长ZCZ的新序列m-ZCZ及其在CDMA系统中的应用  55-63
    3.3.1 m序列的特性概述  57-58
    3.3.2 m-ZCZ的构造与相关特性  58-59
    3.3.3 m-ZCZ的一个例子  59
    3.3.4 m-ZCZ码在CDMA系统中的应用  59-63
  3.4 ZCZ-one码及其在非正交CDMA系统中的灵活应用  63-69
    3.4.1 ZCZ-one码  64-66
    3.4.2 性能分析与带宽分配研究  66-69
  3.5 基于广义正交码的CDMA系统的信道估计和参数优化  69-74
    3.5.1 普适的GO-CDMA系统结构和信号分析  69-71
    3.5.2 基于导频的信道估计  71
    3.5.3 有信道估计的系统差错概率推导  71-72
    3.5.4 系统参数优化和性能分析  72-74
  3.6 本章小结  74-76
第四章异步时域扩频系统的序列研究和应用  76-88
  4.1 组间互补(IGC)码  76-82
    4.1.1 IGC码的定义与构造  76-77
    4.1.2 相关性质及证明  77-78
    4.1.3 IGC码的一个例子  78-80
    4.1.4 平均抗干扰特性比较  80-81
    4.1.5 IGC码总结  81-82
  4.2 IGC码在CDMA系统中的应用  82-83
  4.3 仿真结果与分析  83-87
  4.4 本章小结  87-88
第五章其它混合接入系统的序列设计和应用  88-110
  5.1 MC-CDMA系统的序列设计  88-101
    5.1.1 研究背景  88-89
    5.1.2 MC-CDMA系统模型和扩展序列设计目标  89-92
    5.1.3 扩展Walsh(GW)码  92-95
    5.1.4 基于GW码的无干扰多数据率MC-CDMA系统  95-98
      5.1.4.1 可变扩频因子GW码  96-97
      5.1.4.2 VSF-GW序列的应用方式  97-98
    5.1.5 系统性能分析  98-101
      5.1.5.1 现有方案分析  98-99
      5.1.5.2 仿真结果与分析  99-101
  5.2 基于PC码扩频和空间延迟复用技术的MIMO-CDMA  101-108
    5.2.1 新系统的收发机结构  102-107
      5.2.1.1 发送机结构  102-103
      5.2.1.2 信道模型和接收机结构  103-107
    5.2.2 仿真结果和分析  107-108
  5.3 本章小结  108-110
第六章总结与展望  110-113
  6.1 本文工作总结  110-112
  6.2 今后工作展望  112-113
参考文献  113-119
致谢  119-120
攻读学位论文期间的研究成果及论文情况  120-122

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