硕士论文-低信干比环境中CDMA的同步技术研究.pdf

电子科技大学 硕士学位论文 低信干比环境中CDMA的同步技术研究 姓名 王海砚 申请学位级别 硕士 专业 通信与信息系统 指导教师 李少谦 2003 3 1 电子科技大学硕士学位论文 中文摘要 f C D M A 技术在数字蜂窝和个人通信业务的关键领域中已经充分展示了 其高性能话音质量 系统可靠性 手机电池寿命等方面的优势 正如国际 电信联盟 I T u 所提交的建议显示的那样 第三代移动通信系统 3 G 选择了C D M A N 步技术是C D M A 系统中的一项关键技术 只有当C D I V 必 接收机实现接收扩频序列与本地扩频序列的N 步 才能解出传输数据 本 文首先对当前C D M A 技术的发展以及现状作了综述 然后简单的分析了同 步技术的重要性以及目前的研究重点 由于C D M A 系统是一个干扰受限系 统 干扰主要来自热噪声 码间干扰 多址干扰 使得同步技术的性能受 到很大影响 研究一种能够在低信干比环境中工作的同步技术具有实际意 义 本文的第二章对当前扩频序列的相位同步技术的基本方法进行了分类 总结 f N 步技术一般分为两步 扩频码的相位捕获与扩频码的相位跟踪 在扩频碣的相位捕获这一节主要阐述了捕获所采用的基本结构以及捕获门 限 而后总结相位跟踪目前常用的方法 y 在第三章 首先论述了由于多址 干扰对扩频码的相位捕获所带来的影响 然后针对多用户检测技术中抑制 多址干扰的方法 将多用户检测技术与扩频码相位捕获结构相结合 得到 一种新型的抗多址干扰扩频码相位捕获系统 并在此基础上分析了瑞利衰 落信道下这种新型捕获系统的性能 从理论上验证了这种新型捕获方法的 正确性 在第三章的第二部分 本文论述了一种最新差分相干扩频码相位 捕获系统 并且针对瑞利衰落信道对此捕获系统进行了理论分析 指出该 差分捕获系统的性能在瑞利衰落信道下受到移动台移动速度的限制 但在 移动台移动速度较慢的情况下捕获性能优于传统的非相干扩频码相位捕获 系统 本文第四章对同步技术的第二步既扩频码的相位跟踪技术进行了分 析 并且根据差分相关技术的优点 对传统的扩频码相位跟踪技术进行了 改进 I 得到新的差分相干扩频码相位跟踪环 并且对这种新的扩频码相位 跟踪界和传统非相干与相干扩频码相位跟踪环从跟踪时间 抖动方差等参 数方面进行理论分析 指出这种新的差允相干扩频码相位跟踪环与传统非 相干和相干扩频码相位跟踪环的优势 第五章将第三章所论述的新型扩频码相位捕获技术应用到W C D M A 系 皇王型茎堑婴主兰竺丝窒 关键词 多用户检狮 多址罕扰 P N 码葙位捕获 P N 面目位跟踪 瑞利衰落 虚警概率 检测概率 差分相关 一7 第环能 踪性比跟术对位技真相步 仿码同了频位 行扩相进干码术相频技非扩 获统的捕传出位与提相环所 码踪文频跟本扩位明 干相表相码都 非N 果术的P 结技统干些步 传相这同 与分 码别差果频分了结扩 且出比的并给对统 还真传 中章仿于统五的优 皇三型垫查堂堡主堂垡丝苎 一一一 A B S T R A C T I nm o b i l er a d i oc o m m u n i c a t i o n ss y s t e m s m u c ha t t e n t i o nh a sb e e np a i d t oc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s C D M A s c h e m ed u et oi t so w nc a p a b i l i t i e s t O p r o v i d eh i g h e rf i d e l i t y r e l i a b i l i t y a n db a t t e r y o v e rc o n v e n t i o n a lr a d i o c o m m u n i c a t i o n ss c h e m e s T h em u l t i p l ea c c e s ss c h e m e sC D M Ah a sb e e nc h o s e w i t hr e s p e c tt ot h ed e m a n d so nt h i r dg e n e r a t i o nm o b i l er a d i os y s t e m s C o d e s y n c h r o n i z a t i o ni s o n eo ft h ek e yt a s k si ne v e r ys p r e a ds p e c t r u mr e c e i v e r I f i tf a t l S n od a t ad e t e c t i o ni Sp o s s i b l eb e c a u s et h ed e c i s i o nd e v i c er e c e i v e r si n p r a c t i c eo n l yn o i s e I nt h ei n i t i a lc h a p t e r t h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fC D M A isi n t r o d u c e db r i e f l yf i r s t l y t h ei m p o r t a n c eo fc o d es y n c h r o n i z a t i o nisa ls o p r e s e n t e d T h ea c q u i s i t i o np e r f o r m a n c ec a nd e g r a d ed u et o s e v e r er e a s o n s n o i s e i n t e n t i o n a lo ru n i n t e n t i o n a lj a m m i n g D o p p l l e rs h i f t d a t am o d u l a t i o n f a d i n g m u l t i p a t hp r o p a g a t i o n a n dm u l t i p l ea c c e s s i n t e r f e r e n c e M A I S o m u c ha t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt oc o d es y n c h r o n i z a t i o nf o rC D M A e s p e c i a l l y W 0 r ki nl o wS I R C o d e s y n c h r o n i z a t i o n i s p e r f o r m e d i nt w o s t e p s w h i c ha r ei n i t i a l s y n c h r o n i z a t i o n i e a c q u i s i t i o n a n df i n e s y n c h r o n i z a t i o n i e t r a c k i n g T h em e t h o d sd e t e r m i n i n gc o d es y n c h r o n i z a t i o na r ec l a s s i f i e da n ds u m m a r i z e d i nt h es e c o n dc h a p t e r I nt h et h i r dc h a p t e r t h ei m p a c to fc o d ea c q u i s i t i o no n t h e p e r f o r m a n c e o fm u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c eis e x p o u n d e df i r s t l y t h e n a c c o r d i n gt o t h et e c h n i q u eo fm u l t i p l eu s e rd e t e c t i o n M U D T h ec o m b i n g a r c h i t e c t u r eso fc o d e a c q u i s i t i o n a n d m u l t i p l e u s e rd e t e c t i o ni nr e a l i s t i c w i r e l e s sc h a n n e la r e e x p l a i n e d a n d t h e nw e g e t an e wc o d e a c q u i s i t i o n s y s t e m I nt h eS e c o n dp a r t w ed e s c r i b ean o v e ld i f f e r e n t i a lc o h e r e n tc o d e a c q u i s i t i o ns y s t e mi nR a y l e i g hc h a n n e l b e c a u s em o s tt h e o r e t i c a lr e s u l t se x i t s f o rt h is s y s t e mi nA W G Nc h a n n e l T h ei m p a c to ft h i sd i f f e r e n t i a lc o h e r e n t c o d ea c q u i s i t i o ns y s t e mo nt h ep e r f o r m a n c eo fm o b i l ev e l o c i t yis s t u d i e d a n d d r a w sac o n c l u s i o nt h a tt h i s s y s t e m c a nd ob e t t e rt h a nc o n v e n t i o n a l n o c o h e r e n tc o d ea c q u i s i t i o nw h i l et h ev e l o c i t yi sl e s s I n t h ef o r t h c h a p t e r t h e s e c o n d s t e p o fc o d e s y n c h r o n i z a t i o n i e t r a c k i n ga r es t u d i e d W i t ha d v a n t a g eo fd i f f e r e n t i a lc o r r e l a t i n g t h ec h a p t e r 电子科技大学硕士学位论文 g i v e s an e wd i f f e r e n t i a lc o h e r e n tc o d e t r a c k i n gs y s t e m C o m p a r e t ot h e c o n v e n t i o n a ln o c o h e r e n t c o d e t r a c k i n gl o o p t h ep e r f o r m a n c e o ft h eI l e w d i f f er e n t i a lc o h e r e n t c o d e t r a c k i n gl o o p i se v a l u a t e df o rv a r i o u s d e s i g n p a r a m e t e ra n diSc o n f i r m e db yc o m p u t e rs i m u l a t i o n s T h en o V e lc o d e s y l c h r o n i z a t i o n s c h e m ef o rW C D M Ai ss t u d i e d b y t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i v ee x p e r i m e n ti nc o n t r a s tw i t hc e n v e n t i o n a I c o d es y n c h r o n i z a t i o nm e t h o d C h a r a c t e r i s t i cf u n c t i o n se m p l o y e da n dt h e r e s u l t so b t a i n e di nt h et h i r da n df o r t h c h a p t e r s a r eu s e dt o c o m p u t e rt h e p r o b a b i l i t y o f d e t e c t i o n p r o b a b i l i t y o ff a l s e a l a r m a n dB E Ro ft h e mi n W C D M A s y s t e m T h e s ed a t ai n d i c a t et h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h en e wc o d e 8 y n c h r o n i z a t i o n s i s s u p e r i o r t ot h ec o n v e n t i o n a lc o d e s y n c h r o n i z a t i o n s s y S t e m S K e yw o r d s M u l t i p l eU s e r sD e t e c t i o n C o d eA c q u i s i t i o n C o d eT r a c k i n g R a y l e i g hF a d i n g D i f f e r e n t i a lC o r r e l a t i n g M u l t i p l eA c c e s s I n t e r f e r e n c e P r o b a b i l i t yo fD e t e c t i o n P r o b a b i l i t yo fF a l s eA l a r m 独 创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方 外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意 签名 圣 国 坠 日期 2 5 年j 月 5 t 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留 使用学位论文 的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描 等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后应遵守此规定 日期 2 3 年3 月D 日 电子科技大学硕士学位论文 图表目录 2 1 自相关函数曲线图 2 2 顺序搜索法原理框图 2 3 串行双积分滑动相关捕捉系统 2 4 并行双积分滑动相关捕捉系统 2 5 序列相关捕捉系统 2 6 判决处理器结构图 2 7A A P 算法判决处理器结构 2 一g 基带数字匹配滤波器结构 2 9 并行的非相干匹配滤波器结构 2 10 扩频序列鉴相特性 2 1 1 扩频序列同步跟踪环 2 一1 2 非相干数字D L L 环 2 一l3T D L 框图 3 1 抗多址干扰捕获系统结构图 3 2 序列相关匹配滤 皮器捕获系统 3 3 I Q 非相干相关器 3 4C D M A 非相干P N 码相关器 3 5 C D M A 差分相关单元 一 4 一l 差分相干跟踪环结构图 4 2 非相干相位跟踪环结构图 4 3 跟踪环线性等效图 5 l 用于上行链路的传输信道复用结构 5 2 上行D P D C H D P C C H 的帧结构 5 3 多条D P D C H 的扩频模型 5 4 上行扩频信号的调制 5 5 E b N o 10 d BR O C 曲线用户数 9 5 6E 6 N 10 d B 时的平均捕获时间曲线K 2 5 7 差分捕获与传统方式捕获概率比较图 5 8 差分捕获与传统方式虚警概率比较图 5 9 差分相干与非相干跟踪抖动方差比较图 o 他H H M 加引 巧叭铊 鸲们舛 卯船 舛 卯 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图隰 电子科技大学硕士学位论文 图5 10 差分 非相干跟踪与准时解调误码率比较 6 8 电子科技大学硕士学位论文 A W G N B E R B S C P D P C C H D P D C H D S C D M A F D D G S I C G S P I C I C I I C W I S I M A I M L M L S D M M S E M U D O V S F P I C P R A C H Q P S K S F S N R S I S I C S I R T F C I 缩略语 A d d i t i v eW h i t eG a u s s i a nN o i s e 的性高斯白噪声 B i tE r r o rR a t e 比特误码率1 B a s eS t a t i o n 基站 C h i pP e r i o d 码片周期 D e d i c a t e dP h y s i c a lC o n t r o lC h a n n e l 专用物理控制信道 D e d i c a t e dP h y s i c a lD a t aC h a n n e l 专用物理数据信道 D i r e c t S e q u e n c eC o d eD i v i s i o nM u l t i p l eA c c e s s 直扩码分多址 F r e q u e n c yD i v i s i o nD u p l e x 频分双工1 G r o u p w i s eS u c c e s s i v eI n t e r f e r e n c eC a n c e l l a t i o n 分组串行干扰 抵消技术 G r o u p w i s eS u c c e s s i v e 在此基础上 通过MATLAB仿真来分析采用MUD对CDMA系统容量的影响 通过理论分析和仿真得出结论 MUD效率越高 CDMA系统容量改善越好 同样的MUD效率下 数据速率越低 小区间干扰越小 比特能量功率谱密度之比越低 CDMA系统容量的改善越好 6 学位论文 李华 前缀CDMA在TDD模式下的预多用户检测 2003 在CDMA系统里 信号经过频率选择性信道会产生多址干扰 这种干扰当系统用户数较少的时候可以利用RAKE接收机来抑制 然而 当系统用户数增加时 理论估计和仿真结果都表明RAKE接收机的实际效果会急剧下降 因此 多址干扰的消除被认为是未来CDMA通信系统的关键技术 为了解决上述问题 该文提出了一个全新的前缀CDMA技术 通过增加前缀的办法来完全 消除CDMA系统中的符号串扰 从而明显简化了多用户检测的算法 在这篇论文中 笔者利用CDMA系统在TDD模式下的信道互易性 提出了一种前缀CDMA的预多用户检测技术 消除了在前缀CDMA系统中的多址干扰 信号处理过程如下 基站利用上行链路的训练序列得到上行链路的信道参数 然后估计出下行链路的信道参数 再根据下行链路参数来补偿待发射的信号以消除 在移动台有可能造成的多址干扰 该文具体描述并讨论了实现这一目的的一个有效算法 仿真结果表明该技术能明显减少系统的多址干扰 系统误码率性能显著提高 7 期刊论文 王永建 周廷显 WANG Yong jian ZHOU Ting xian RBF神经网络多用户检测ROLS AWS算法的研究 南京理工大学学报 自然科学版 2005 29 2 为了对抗多址干扰和远近效应 研究将RBF 经向基函数 Radial Basis Function 神经网络中的递归正交最小二乘 ROLS AWS 算法应用于多用户检测中 给出在同步高斯信道条件下运用三层神经网络解调扩频信号的原理框图 分析了基于RBF网络的多用户检测接收机 为了改进RBF网络的运算速度 在基于RBF网络的多用户检测接收机中采用ROLS AWS算法 计算机 仿真结果表明 使用所提算法的RBF网络接收机的抗多址干扰 远近效应以及训练速度的性能上都明显优于传统接收机 基于BP神经网络和不使用该算法的普通RBF神经网络多用户接收机 8 学位论文 潘岩 基于Turbo算法的迭代多用户检测理论与技术研究 2006 CDMA系统在技术上的优势己经使它成为3G的核心体制 但是由于多址干扰的存在 不仅严重影响系统的性能 而且也限制了系统容量的提高 多用户检测是一类新型抗多址干扰技术 是一种从接收端设计入手的干扰抑制方法 不但可以抗多址干扰 还可以抵抗远近效应和多径干扰 因此为3G移动通信系统的关键技术之一 迭代多用户检测是一种结合了Turbo译码思想的新型高性能联合多用户检测方法 本文主要致力于迭代多用户检测算法的研究 首先 通过分析国内外相关研究现状 对现有Turbo迭代译码算法 MAP算法 软输出viterbi算法 进行对比研究 其次 重点研究了基于Turbo译码思想的迭代多用户检测理论和实现方法 最后 在上述研究的基础上 提出了一种 基于MMSE准则的简化迭代多用户检测方案 并在AWGN信道和Rayleigh信道下与传统的迭代多用户检测算法进行了性能对比 仿真结果表明 基于MMSE准则的简化迭代多用户检测器的性能接近传统迭代多用户检测器 但其计算复杂度大大降低 最后 对全文的研究工作进行了总结 展望了迭代多用户检测的进一步研究方向和应用前景 9 期