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cdma2000系统中PN码捕获算法研究

作　者: 马克明
导　师: 金梁
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 军事通信学
关键词: cdma2000 短PN码长PN码捕获掩码
分类号: TN929.533
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

伪随机码(PN)具有良好的相关性和伪随机性,在第三代移动通信系统中起着重要作用。cdma2000系统使用短PN码(短码)来实现系统同步,长PN码(长码)来实现语音保密。短码和长码捕获是非配合接收条件下迫切需要解决的问题,表现在三个方面:(1)接收信号存在载波频偏和码字不同步的现象,常规的短码捕获算法无法有效地同步大频偏、低信噪比接收信号;(2)非配合和低信噪比的接收条件,导致现有的长码捕获算法捕获成功率不高;(3)现有算法依赖于协议流程,只能针对固定格式数据帧进行长码捕获,无法从加扰的业务数据中还原出长码。因此,本文针对非配合接收条件下的短码和长码捕获问题展开研究。通过分析PN码在cdma2000系统中的作用,结合协议设计了PN码逐级捕获方案,解决了非配合条件下用户数据的还原问题。主要研究内容包括:1.设计实现了PN码逐级捕获方案。该方案基于接收信号的解调流程,将捕获分为三个阶段:在系统初始化阶段捕获短码,实现接收信号的定时同步;在用户信道建立阶段捕获长码,实现信息的正确还原;若信道建立阶段未能捕获长码,则在用户业务通信阶段继续捕获。该方案增强了系统对信号接收和信息还原的可靠性,提高了整体接收性能。2.提出了时频域校正的短码相干捕获算法。该算法基于短码的循环平稳特性,对频偏和不同步码字进行校正,使校正之后的信号与本地短码具有近似相干性,最后通过相关检测实现了捕获。仿真表明,该算法对接收信号的频偏不敏感,提高了低信噪比条件下的同步概率。3.提出了基于状态差分的掩码还原算法,实现了低信噪比下的长码关键参数(掩码)的获取。首先,通过分析系统的交互信令,从用户信道建立阶段的固定格式数据中获取了待捕获长码;然后,利用不同时刻的长码具有相同掩码这一特点,依据掩码、寄存器状态以及输出长码三者之间的生成关系,通过降维、优选遍历和估计求解出掩码;最后,利用已求解的掩码重新产生长码,提高了低信噪比下的长码捕获概率。4.提出了基于业务去耦的长码捕获算法,实现了业务通信阶段的长码捕获。首先,在分析业务数据编码方式、重复特征、交织规律的基础上,构造了重复特征方程组和卷积监督方程组,根据长码生成规律构造方程组;最后,通过方程组求解和验证,还原出了受业务数据扰乱的长码,使得长码捕获算法不再依赖于协议流程。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-18
  1.1 课题背景和意义  13
  1.2 捕获算法的研究现状  13-15
    1.2.1 相关类捕获算法  13-14
    1.2.2 估计类捕获算法  14-15
  1.3 cdma2000 系统中码捕获存在的问题  15-16
    1.3.1 低信噪比、大频偏条件下PN 码捕获成功率有待提高  15-16
    1.3.2 掩码还原算法在低信噪比条件下完全失效  16
    1.3.3 包含业务数据的长码无有效的捕获方法  16
  1.4 论文的主要贡献和章节安排  16-18
    1.4.1 论文的主要贡献  16-17
    1.4.2 章节安排  17-18
第二章 cdma2000 系统中PN 码逐级捕获方案  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 PN 码在cdma2000 系统中的作用  18-23
    2.2.1 移位寄存器序列的描述  18-20
    2.2.2 cdma2000 系统中的短码和长码  20-21
    2.2.3 PN 码在前向链路中的作用  21-23
  2.3 捕获方案设计  23-26
    2.3.1 系统初始化阶段的短码捕获  24
    2.3.2 用户信道建立阶段的长码捕获  24-25
    2.3.3 用户业务通信阶段的长码捕获  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章时频域校正的短码相干捕获算法  27-35
  3.1 引言  27-28
  3.2 短码相干捕获算法  28-31
    3.2.1 信号模型  28-29
    3.2.2 算法原理  29-31
  3.3 性能仿真  31-34
    3.3.1 相关检测  31-32
    3.3.2 性能仿真  32-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章基于状态差分的掩码还原算法  35-49
  4.1 引言  35
  4.2 掩码还原问题的剖析  35-37
  4.3 算法模型  37-38
  4.4 基于状态差分的掩码还原算法  38-41
    4.4.1 固定格式数据分离  38-39
    4.4.2 长码寄存器状态获取  39-40
    4.4.3 掩码还原算法设计  40-41
  4.5 掩码还原算法步骤及改进  41-44
  4.6 算法仿真与实现  44-47
    4.6.1 参数设置  44-45
    4.6.2 算法仿真  45-47
    4.6.3 算法实测  47
  4.7 本章小结  47-49
第五章基于业务去耦的长码捕获算法  49-59
  5.1 引言  49
  5.2 长码捕获问题的剖析  49-50
  5.3 去耦捕获算法原理  50-55
    5.3.1 长码的循环校验关系  50-51
    5.3.2 交织器的行列变换特征  51-52
    5.3.3 低速率数据的重复特征  52-54
    5.3.4 高速率数据的卷积监督特征  54-55
  5.4 算法实现流程和仿真分析  55-56
  5.5 长码捕获算法对比分析  56
  5.6 本章小结  56-58
  附录  58-59
第六章结束语  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 本文主要创新点  59-60
  6.3 下一步研究展望  60-61
参考文献  61-64
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  64-65
致谢  65

cdma2000系统中PN码捕获算法研究

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