广义正交扩频序列理论及其在多速率QS-CDMA系统中的应用研究

论文摘要

在码分多址（CDMA）系统中,扩频序列的自相关和互相关特性（包括周期/非周期相关特性及周期/非周期部分相关特性）的好坏在很大程度上决定了系统自干扰（SI）、多址接入干扰（MAI）和邻区干扰（ACI）的大小,从而直接影响着系统性能优劣和容量大小。扩频序列理论包含扩频序列理论界与扩频序列设计两个主要研究方面。本文研究了零相关区（ZCZ）或广义正交（GO）序列的周期部分相关理论界及非周期部分相关理论界,构造了几类具有较好相关特性的广义正交扩频序列,提出了相应的多速率准同步CDMA（QS-CDMA）系统模型,探讨了新型扩频序列在多速率QS-CDMA系统中的性能。基于广义正交直接扩频序列的概念,通过将“权重向量法”与低相关区（LCZ）/ZCZ的理论结合在一起,论文分析了广义正交单位复根序列的周期/非周期部分相关理论界,推导出了序列长度、序列数目、最大周期/非周期部分自相关边峰值和最大周期/非周期部分互相关值等参数所满足的一些新的数学不等式。并将其推广到了常规单位复根序列的周期/非周期部分相关理论界。论文研究表明,已有的关于广义正交序列的Tang-Fan界、Peng-Fan界及关于常规序列的Paterson-界、Sarwate界、Welch界等都是新结果的特殊情况。基于Z-互补码,构造出具有ZCZ的正交可变扩频因子（OVSF）码,称为OVSF-ZCZ码,同时构造出可与正交相移键控（QPSK）调制技术结合应用的广义Z-互补对码,称为GPZ码。并对OVSF-ZCZ码和GPZ码的相关特性进行了分析。此外,本文还研究了一种将GPZ码与不同的chip波形相结合而构造的新的广义正交扩频序列波形（即GPZ-Chip波形）,同时讨论了GPZ-Chip波形的相关特性。提出了两种多速率单小区QS-CDMA系统模型,一种基于二进制相移键控（BPSK）调制技术,利用可变扩频因子序列实现多速率;另一种基于QPSK调制技术,利用多码技术实现多速率。探讨了OVSF-ZCZ码在第一种多速率QS-CDMA系统中的应用,数值计算结果表明,与采用OVSF码和ZCZ序列的系统相比,由于多径干扰受到抑制,系统性能显著提高。同时探讨了GPZ-Chip波形在第二种多速率QS-CDMA系统中的应用,数值计算结果表明,与采用串联WH/m序列与矩形波形的系统相比,由于多径干扰受到抑制,系统性能显著提高。基于GLS序列,构造出具有与ZCZ相似相关特性的广义正交序列称为GOS序列,分析了其相关特性。此外,本文还研究了一种将GLS序列与不同的chip波形相结合而构造的新的广义正交序列波形称为GLS-Chip波形,并对其相关特性进行了分析。GOS序列与GLS-Chip波形均可应用于多速率多小区QS-CDMA系统。论文还提出了两种多速率多小区QS-CDMA系统模型。通过将GOS序列与GLS-Chip波形应用于多速率多小区QS-CDMA系统模型,论文分析了该多速率多小区QS-CDMA系统中的干扰及BER性能。数值计算结果表明,与采用GLS序列（波形）的系统相比,由于小区间干扰及多径干扰均受能到抑制,这两种扩频序列（波形）在系统中的应用均能提供更高的系统容量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表索引
• 符号和缩略词表
• 第1章 绪论
• 1.1 扩频通信与码分多址技术概述
• 1.2 扩频序列概念、分类及其在CDMA系统中的应用
• 1.3 扩频序列研究现状、存在问题与目前趋势
• 1.4 CDMA系统分类及其研究现状
• 1.4.1 单小区与多小区系统
• 1.4.2 单速率与多速率系统
• 1.4.3 同步、准同步与异步CDMA系统
• 1.5 论文主要研究内容、研究思路、主要贡献和章节组织
• 第2章 直接扩频序列集部分相关理论界
• 2.1 直接扩频序列集部分相关函数
• 2.2 广义正交扩频序列
• 2.3 直接扩频序列集已有部分相关理论界
• 2.3.1 广义正交序列相关理论界
• 2.3.2 部分相关理论界
• 2.4 广义正交单位复根序列集周期部分相关函数理论界
• 2.5 广义正交单位复根序列集非周期部分相关函数理论界
• 2.6 常规单位复根序列集周期部分相关函数理论界
• 2.7 常规单位复根序列集非周期部分相关函数理论界
• 2.8 本章小结
• 第3章 多速率QS-CDMA系统中的广义正交序列设计
• 3.1 互补码与Z-互补码
• 3.2 具有可变扩频因子及广义正交区的OVSF-ZCZ码构造
• 3.3 OVSF-ZCZ码相关特性
• 3.3.1 OVSF-ZCZ码周期及非周期相关特性
• 3.3.2 OVSF-ZCZ码参数分析
• 3.4 基于QPSK调制的广义正交GPZ码构造
• 3.4.1 GPZ码构造方法
• 3.4.2 GPZ码构造示例
• 3.5 GPZ码的相关特性分析
• 3.5.1 GPZ码的非周期相关特性
• 3.5.2 GPZ码的周期相关特性
• 3.5.3 GPZ码与GPC码的参数比较
• 3.6 GPZ-Chip波形设计
• 3.6.1 最佳chip波形集
• 3.6.2 GPZ-Chip波形设计
• 3.7 GPZ-Chip波形集的相关特性
• 3.7.1 GPZ-Chip波形集的非周期相关特性
• 3.7.2 GPZ-Chip波形集的周期相关特性
• 3.8 本章小结
• 第4章 多速率QS-CDMA系统性能分析
• 4.1 多速率QS-CDMA系统模型Ⅰ
• 4.1.1 发射机模型
• 4.1.2 接收机模型
• 4.2 系统模型Ⅰ的多址干扰及性能分析
• 4.3 OVSF码与ZCZ序列的相关特性
• 4.3.1 OVSF码的相关特性
• 4.3.2 ZCZ序列的部分相关特性
• 4.4 OVSF-ZCZ码在多速率CDMA系统中的性能分析及比较
• 4.5 多速率QS-CDMA系统模型Ⅱ
• 4.5.1 发射机模型
• 4.5.2 信道模型
• 4.5.3 接收机模型
• 4.6 系统模型Ⅱ的系统干扰及性能分析
• 4.7 采用GPZ-Chip波形的系统性能分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 多速率多小区QS-CDMA系统中的广义正交序列设计
• 5.1 GLS序列集
• 5.2 GOS序列构造
• 5.3 GOS序列的相关特性分析
• 5.4 GLS-Chip波形设计
• 5.5 GLS-Chip波形的相关特性
• 5.6 本章小结
• 第6章 多速率多小区QS-CDMA系统性能分析
• 6.1 多速率QS-CDMA系统模型Ⅲ
• 6.1.1 发射机模型
• 6.1.2 信道模型
• 6.1.3 接收机模型
• 6.2 系统模型Ⅲ的干扰分析
• 6.3 系统模型Ⅲ的仿真参数与性能分析
• 6.4 多速率QS-CDMA系统模型Ⅳ
• 6.4.1 发射机模型
• 6.4.2 接收机模型
• 6.5 系统模型Ⅳ的干扰分析
• 6.6 系统模型Ⅳ的仿真参数与性能分析
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的论文及科研成果