扩频码同步技术的研究

论文摘要

扩频通信是当前信息领域迅猛发展起来的一门前沿技术,由于其抗干扰性强,保密性好,功耗低等诸多优点,已成为非常重要的通信方式。50年代开始,扩频通信的概念成熟以后,此后的二十多年,扩频通信技术虽得到很大的发展,但都只是局部的发展,如硬件的改进和应用领域的拓展。而个人通信业务(PCS)的发展终于使扩频技术迎来了另一次大发展的机遇。从而得到更广泛地应用。90年代初,在第一代模拟蜂窝通信系统的基础上,出现了PCS研究的热潮,而PCS要长久持续发展,最为经济合理的方法,是让PCS与其它用户共享一段频谱[7]。扩频技术为共享频谱提供了可能。随着无线频带越来越拥挤,各种干扰也在增强,研究出系统性能优异的扩频通信一直是研究扩频通信人们的一个主攻方向。同步是扩频通信的关键技术,本论文研究的重点是使直接扩频通信—这一最典型的扩频通信,能保持良好的同步系统,从而有效地、可靠地工作。扩频序列的同步分为扩频序列的捕获和跟踪两个环节。目前研究主要集中在对周期较长的码捕获过程,以前较为常用的方法是串行捕获方法和并行捕获方法,因前者捕获时间长后者系统复杂度高而使应用受限。目前研究的目标是要找出能完成捕获时间短,占用FPGA资源小,捕获抖动小的扩频码捕获算法。第四代移动通信系统(4G)的驱动无疑会使扩频技术传输高速数据的能力得到更大的拓展,新技术的发展以及现有无线系统的集成是4G系统发展的两个方向,而扩频技术在这两方面都大有可为之处,因此只有在4G系统这个大背景下,才能更好地把握扩频技术的发展方向。而发展到现在,主要是硬件的改善和性能的提高,即从系统的角度考虑其总体性能,这也体现了目前的研究方向将更为精细和深入。本文在解决码捕获时间性能和系统复杂度之间折衷的基础上,提出了增加辅助电路实现快速捕获改进的算法,使得同步捕获可以在不改变门限值的前提下,有效地降低了虚警概率,提高了伪码捕获性能。并应用MATLAB仿真软件对不同快速捕获算法在不同信噪比下的检测概率、虚警概率、平均捕获时间及存在多普勒频偏时捕获性能的进行了仿真,结果表明,此方法能够缩短捕获时间还可降低虚警概率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 扩频通信的理论基础
• 1.2 扩频通信的主要特点
• 1.3 直接序列扩频通信系统的同步
• 1.4 扩频技术国内外研究现状
• 1.5 选题工程背景和应用价值
• 2 扩频码序列
• 2.1 引言
• 2.2 M序列
• 2.2.1 m序列的性质
• 2.2.2 m序列扩频码的功率谱密度
• 2.2.3 m序列的的互相关函数
• 2.3 M序列优选对
• 2.4 M序列信号的产生
• 2.4.1 多项式与特征多项式
• 2.4.2 本原多项式
• 2.5 GOLD码序列
• 2.6 新码型的构造方法
• 2.6.1 m序列偶位码
• 2.6.2 m序列奇位码和双偶码
• 2.7 本章小结
• 3 直接扩频系统码的捕获
• 3.1 引言
• 3.2 捕获原理分析
• 3.3 捕获过程分析
• 3.4 虚警分析
• 3.4.1 虚警原因分析
• 3.4.2 虚警概率分析
• 3.5 捕获方法
• 3.5.1.串行捕获搜索法
• 3.5.2 并行捕获搜索法
• 3.6 直扩系统码同步捕获方法的改进
• 3.6.1 串并混合法的原理分析
• 3.6.2 虚警分析
• 3.6.3 辅助电路改进
• 3.6.4 方案实现
• 3.7 本章小结
• 4 多普勒环境下码的捕获
• 4.1 多普勒对系统同步的影响
• 4.2 多普勒环境下码的捕获
• 4.2.1.多普勒频移对捕获电路输出信噪比的影响
• 4.3 传统二维串行捕获方法
• 4.4 基于多普勒频率补偿-频域匹配的直扩信号快速捕获方案
• 4.4.1 基于FFT的伪码相位并行捕获
• 4.5 基于多普勒滤波器组的多普勒频率补偿
• 4.6 仿真实验结果与分析
• 4.6.1 仿真参数设置
• 4.6.2 捕获系统的仿真结果
• 4.6.3 检测概率、虚警概率和捕获时间
• 5 直扩系统伪码的跟踪
• 5.1 概述
• 5.2 锁相环的基本原理
• 5.3 误差分析
• 5.4 环路参数与环路性能的关系
• 5.5 仿真实验结果与分析
• 6.论文总结
• 6.1 论文概述
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 附录Ⅱ 学习期间发表论文
• 致谢