卷积编码多载波dscdma系统检测算法的研究学位论文.docx
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卷积编码多载波dscdma系统检测算法的研究学位论文
摘要
本论文主要是研究卷积编码多载波DS-CDMA的性能,并同单载波DS-CDMA系统的性能进行了比较,分析实验结果得出结论。
论文首先大致分析了一下全球移动通信的现状，介绍了CDMA的背景和发展历史，介绍了CDMA的基本原理及一些显著特点，然后介绍了DS-CDMA系统、系统的一些主要特点以及该系统的一些性能及关键技术，再重点介绍了多载波DS-CDMA系统的组成及一些突出性能，并着重对卷积编码多载DS-CDMA系统进行了性能分析。
最后分别在加性白高斯噪声信道和Rayleigh衰落信道中对卷积编码多载波DS-CDMA系统和单载波DS-CDMA系统进行了系统仿真实验，并通过仿真实验给出了仿真图。
实验结果表明：
多载波DS-CDMA系统能够抵抗频率选择性衰落，极大地改善系统性能。
关键词：
DS-CDMA，多载波，卷积编码，扩频序列，AWGN，Rayleigh衰落
Abstract
Thispapermainlyexplorestheperformanceofcompositionofmulti-carrierDS-CDMAsystems.Wecomparethemulti-carrierDS-CDMAwiththesinglecarrierDS-CDMAinperformance,andanalyzethesimulationresultanddrawconclusions.
Inthispaperweanalyzethecurrentsituationofglobalmobilecommunicationfirstly,thenintroducethebackgroundofCDMA,anddevelopmenthistory,thebasicprincipleofCDMAandsomeremarkablecharacteristics,DS-CDMAsystem,themainfeatureofsystemanditsperformanceandkeytechnology,andthendescribethecompositionofmulti-carrierDS-CDMAsystems.Wemakeperformanceanalysisoverthemulti-carrierDS-CDMAespecially.Wefocusonconvolutionallycodedmulti-carrierDS-CDMAandperformancesimulationexperiment.Finallyweperformancesimulationoverbothmulti-carrierDS-CDMAsystemsandsinglecarrierDS-CDMAsystemontheAWGNchannelandRayleighfadingchannel,respectively.Thesimulationresultsshowthatmulti-carrierDS-CDMAcancombatfrequency-selectivefadingandthereforegreatlyimprovethesystemperformance.
Keyword:
DS-CDMA,multi-carriercarriers,convolutionalcode,spreadspectrumsequence,AWGN,Rayleighfading
目录
摘要i
Abstractii
引言1
第1章CDMA的基本原理3
1.1CDMA的基本概念3
1.2DS-CDMA的相关概念3
第2章DS-CDMA的关键技术5
2.1.1多址接入技术5
2.1.2扩频技术和扩频码5
2.1.3RAKE接收机6
2.1.4功率控制7
2.1.5软切换8
2.1.6多用户检测8
第3章多载波CDMA系统9
3.1多载波技术的基本原理9
3.2多载波CDMA系统10
第4章卷积编码多载波DS-CDMA系统13
4.1卷积码13
4.2卷积编码多载波DS-CDMA系统14
4.2.1卷积编码多载波DS-CDMA系统发射机模型14
4.2.2卷积编码多载波DSCDMA系统相关接收机模型15
第五章系统仿真16
5.1仿真概念16
5.2卷积编码多载波DS-CDMA系统仿真模型16
5.3仿真结果17
第六章结论20
致谢21
附录22
附录AAWGN信道中仿真程序22
附录BRayleihg衰落信道中仿真程序（单载波）28
附录CRayleihg衰落信道中仿真程序（多载波）38
参考文献45
引言
从第一代的模拟蜂窝移动通信系统到第二代的数字模拟蜂窝移动通信系统，直至今天的2.5G和3G系统，世界范围内的移动通信网络发生了翻天覆地的变化。
截止到2002年底，全球移动用户已突破10亿大关达到11.71亿，普及率为16.8%。
与世界经济发展放缓的趋势相反，我国的经济仍然保持持续高速增长的态势，早在2001年7月，我国的移动通信用户数就已经达到1.206亿，超过美国，成为世界第一大移动通信网络。
较之发达国家的话音业务趋于饱和的情形，我国移动通信业务的市场空间仍然十分巨大。
近几年来，人们已经广泛研究了将码分多址接入（CDMA）系统作为一种空中接口的多址技术是目前移动通信技术领域比较先进的技术也是本课题的研究对象之一，下面将简单介绍一些CDMA的发展史。
扩展频谱技术源于军事领域和航海系统。
其中用来故意干扰的技术经证明也适合于在弥散信道进行通信的蜂窝系统。
可以说扩频技术为CDMA的发展开创了道路。
1949年，克劳德•香农（ClaudeShannon）和罗伯特•皮耳斯（RobertPierce）通过描述干扰平均影响和CDMA的适度的畸变，介绍了CDMA的基本概念。
1950年，德•罗萨•罗高夫（DeRosa-Rogoff）提出了一种直接序列扩频系统，并且给出了处理增益方程和噪声复用技术的方法。
在20世纪80年代，高通公司（Qualcomn）研究了DS-CDMA技术，并最终促成了蜂窝扩频通信技术的标准化，即1993年7月制定的窄带CDMAIS-95标准。
1999年，一些蜂窝运营商组建了一个所谓的运营协调组（OHG），用来推动第三代空中接口的全球协调进程，这种努力最终导致形成了统一的宽带CDMA方案，它包括三种模式：
直接序列（DS）、多载波（MC）和时分双工（TDD）。
2003年3月，CDMA2000正式标准通过，至此，CDMA经历了3个阶段——先锋CDMA时代、窄带CDMA时代和宽带CDMA时代。
目前CDMA有三大主流技术：
WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA。
CDMA方案有几种分类方法，最常用的是根据获得宽带信号的不同调制方法进行分类。
按这种方法，CDMA可分为三类：
直接序列、跳频（FH）和跳时（TH）。
我们主要研究第一种即DS-CDMA。
CDMA的主要特点是：
1.CDMA系统的许多用户共享同一频率
2.通信容量大
3.容量的软特性
4.由于信号被扩展在一个较宽的频谱上而可以减少多径衰落
5.在CDMA系统中，信道数据速率很高，因此码片（chip）时长很短。
6.平滑的软切换和有效的宏分集
7.低信号功率谱密度
另外CDMA的优点是：
抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、能在低功率下工作、保密性强、可多址复用和任意选址、可高精度测量。
第1章CDMA的基本原理
1.1CDMA的基本概念
CDMA是利用相互正交（或尽可能正交）的不同编码分配给不同用户调制信号，实现多用户同时使用同一频率接入系统和网络的通信。
在CDMA通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分的，而是用各不相同的编码序列来区分。
这种通信方式称为扩展频谱通信（SpredSpectrumCommunication）。
CDMA通信有伪随机编码调制和信号相关处理两大特点。
在CDMA中，分配给每个用户一个唯一的编码序列（扩频码），用于对它的信息信号进行编码。
接收机知道用户的编码序列，就可以对接收的信号进行解码并恢复出原始数据，这是因为特定用户的编码信号和其它用户的编码信号之间的互相关性很小。
因为编码信号的带宽比信息承载的信号的带宽大得多，因此编码处理扩展了信号的带宽，这就是扩频调制，产生的信号称为扩频信号。
传输信号的频带扩展使CDMA具有了多址能力，因此了解扩频信号的产生和信号特性是非常重要的。
扩频调制技术必须遵循下面的两个准则：
（1）带宽必须远远大于信息带宽；
（2）产生的射频信号带宽由一个函数决定，而不是由发送的信息决定（因此，带宽和发送的信息是独立统计的），此类调制技术不包含像频率调制（FM）和相位调制（PM）这样的技术。
接收机用同步产生的扩频码与接收信号作相关，恢复出原始的信息信号。
这就意味着接收机必须知道用于数据调制的扩频编码。
1.2DS-CDMA的相关概念
DS-CDMA中调制的信息信号（数据信号）被一个数字化的、时间和数值上均离散的信号直接调制。
数据信号可以是一个模拟信号，也可以是一个数字信号。
当数据信号是数字信号时，数据调制经常被省略，数据信号直接与编码信号相乘，相乘后的信号调制到载波上。
正是因为采用了这种直接相乘的方法，直接序列CDMA才因此得名。
DS-CDMA除了具有CDMA的四大主要性能即：
多址能力、抗多径干扰能力、抗窄带干扰能力和安全/保密性能（LPI）外还有其它一些优点，列举如下：
a扩频信号容易产生，通过简单乘法即可实现。
b因为只有一个载波频率，频率合成器（载波发生器）简单。
cDS信号的相干解调是可能的。
d用户间无需同步。
当然，它也存在一些缺点：
a获取和保持本地编码信号和接收信号的同步是比较困难的。
必须在几分之一的码片保持同步。
b为了正确接收，本地编码序列和接收编码序列之间的同步误差必须非常小，范围是码片时间的一部分，在考虑到不可用的相邻频带，实际上带宽被限制在10~20MHz。
c对于基站，它接收到的靠近基站的用户的功率远远大于远离基站的用户的功率[1-2]。
第2章DS-CDMA的关键技术
2.1.1多址接入技术
在码分多址接入（CDMA）方案中，多址接入是通过给每个用户分配一个具备很好的自相关和互相关特性的伪随机码（也被称为伪随机码，因为它具有类似于噪声的自相关特性）来实现的。
这种码字用来将用户信号转化为宽带的频谱扩展信号。
接收方使用相同的伪随机码将宽带的扩频信号转化为原始带宽的信号，而其他用户的宽带信号保持不变。
在这个处理过程当中，可能产生的窄带干扰也受到了抑制。
时分多址和码分多址通常使用频分多址将整个频带划分为若干个小的频带上的信道，然后再将该信道按照时隙或码字来进一步进行划分。
在DS-CDMA中，将信息信号与一个伪随机序列相乘来进行频谱扩展，从而得到宽带信号。
2.1.2扩频技术和扩频码
DS-CDMA系统的扩频和解扩技术是其构成的基本原理，图2-1示出了其扩频原理。
图中的
是速率为R的用户数据BPSK比特序列。
是速率为4R的扩频码片（chip）序列相乘，即
。
相乘以后用户数据的带宽得以扩展而且具有与扩频码片序列一样的随机特性。
接收机对接收信号的解扩遵循与扩频一样的步骤，即将接收到的x（t）序列与同样的扩频序列相乘。
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