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无线通信中互补序列的设计理论与应用研究

作　者: 冯琳
导　师: 陆阳
学　校: 合肥工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线通信 CDMA 互补序列广义互补序列零相关窗 LS码发射分集 ZCW-STTD 载波正交化
分类号: TN92
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要

设计无线通信系统方案时需要兼顾通信的可靠性和有效性。采用优良的基带编码可以降低误码率,从而提高传输的可靠性；采用分集技术克服无线信道的衰落也可以提高传输的可靠性；采用高效的复用、多址技术可以提高系统的频谱效率,从而提高传输的有效性。本文从无线通信基带设计出发,以提高可靠性与有效性为目标,主要工作如下：论文在充分分析序列设计理论相关函数界以及Golay码和LS码已有研究成果的基础上,从解方程的角度设计LS码种子,并对递归树图生成LS码方法进行分析,对其一般性质进行了论证和总结；发现了Hadamard矩阵通过分裂可以构造出组内自相关互相关函数不理想、组间互相关函数理想的新型互补码,其与LS码在性能上有较大的区别。论文对扩展LS码进行了研究,将编码元素扩展至整个复数域,并且对扩展矩阵A的构造和性质进行了深入研究,得出了构造一般性扩展矩阵的方法。随后,将互补码的范畴推广至广义互补码。在已有理论的基础上,受LS码结构和性质的启发,引入具有零相关窗特性的广义互补码的构造,以及扩展广义互补码的构造；并对这两类新型广义互补码结构性质进行了分析和证明。论文对互补序列设计理论研究成果进行应用,改进了一种以LTE-Turbo码作为前向纠错码的基于互补码的发射分集方案,即ZCW-STTD。该方案充分结合了互补码理想自、互相关函数的优势,以及Turbo码强大纠错能力的优势。在相同条件下,该方案能够比单发单收系统以及其他学者提出的方案在频率选择性信道下获得更大的频率分集增益、空间分集增益,以及编码增益,并且收发机结构简单,易于工程实现。受前述序列信号设计的启发,给出了一种对OFDM信号进行改造的新型信号设计方式。这种设计的重点是将OFDM信号子载波之间的最小频率间隔进一步缩小,再利用Gram-Schmidt正交化设计出一组新的正交信号,这组新的正交信号称为GSFDM信号,该技术称为GSFDM技术。使用GSFDM技术进行数据传输；其频谱效率高于传统的OFDM技术,并且误码性能不会恶化。信息论中脏纸编码对这种信号处理方法提供了理论依据,仿真结果也验证了本方法的正确性。

全文目录

致谢  9-10
摘要  10-11
ABSTRACT  11-16
插图清单  16-18
表格清单  18-19
符号说明  19-20
第1章绪论  20-32
  1.1 引言  20-21
  1.2 可靠性与有效性的相互制约  21-23
  1.3 多址接入简介  23-25
    1.3.1 频分多址  24
    1.3.2 时分多址  24-25
    1.3.3 码分多址  25
  1.4 码分多址在直接序列扩频系统中的应用  25-28
  1.5 论文的研究意义  28-29
  1.6 论文的主要研究工作和内容组织  29-32
第2章码分多址系统的理论基础  32-50
  2.1 扩频码设计的重要性  32-33
  2.2 码分多址技术分析  33-38
    2.2.1 扩频码的相关函数  34-36
    2.2.2 相关函数的理论界  36-38
  2.3 分集技术  38-45
    2.3.1 分集的方案和效果  38-40
    2.3.2 最优信号处理方法  40-42
    2.3.3 发射分集方案  42-44
    2.3.4 频率分集的RAKE接收  44-45
  2.4 正交频分复用(OFDM)  45-47
  2.5 本章小结  47-50
第3章具有零相关窗的扩展互补码设计  50-76
  3.1 理想互补码对  50-56
    3.1.1 Golay互补码对  51-53
    3.1.2 Golay互补码对的性质  53-54
    3.1.3 LS互补码的定义  54-56
  3.2 LS码的构造方法  56-64
    3.2.1 基本LS码构造方法  56-58
    3.2.2 递归树图构造LS码  58-64
    3.2.3 长LS码的一般性质  64
  3.3 一类不同于LS码的新型互补码的构造  64-68
    3.3.1 利用Hadamard矩阵构造新型互补码  65-66
    3.3.2 新型互补码与LS码的区别  66-68
  3.4 LS码在应用中的分离  68
  3.5 LS扩展码及其扩展矩阵研究  68-74
    3.5.1 码域范围扩展至整个复数域  68-69
    3.5.2 Kronecker积的扩展方法  69-70
    3.5.3 扩展矩阵A的研究  70-74
  3.6 本章小结  74-76
第4章广义互补序列设计  76-98
  4.1 广义互补码  76-78
  4.2 一类新的扩展广义互补码的构造方法  78-82
    4.2.1 广义互补码种子  78-79
    4.2.2 对广义互补码扩展  79-82
  4.3 一类具有零相关窗的广义互补码的构造方法  82-94
    4.3.1 N阶完备互补码的定义  84-85
    4.3.2 具有零相关窗的广义互补码的构造方法  85-88
    4.3.3 具有零相关窗的4阶广义互补码的构造  88-92
    4.3.4 具有零相关窗的N阶广义互补码的构造  92-94
  4.4 广义互补码的性质及其证明  94-97
  4.5 本章小结  97-98
第5章结合互补码的发射分集技术  98-114
  5.1 系统模型  98-106
    5.1.1 Turbo码编译码原理  99-101
    5.1.2 本文使用的互补码简介  101-103
    5.1.3 基于ZCW的发射分集方案  103-106
  5.2 加纠错码的系统模型  106-109
    5.2.1 Turbo码在基于ZCW码的发射分集方案中的应用  106-107
    5.2.2 RSC译码的BCJR算法  107-109
  5.3 Turbo码在基于ZCW码的发射分集方案的性能分析  109-112
  5.4 本章小结  112-114
第6章一种新型多载波传输方式的研究  114-126
  6.1 非正交载波正交化的基本思路  114-119
  6.2 系统信息论原理与性能分析  119-120
  6.3 仿真结果  120-124
    6.3.1 频率间隔1/2f_c的仿真结果  120-121
    6.3.2 频率间隔2/5f_c的仿真结果  121-122
    6.3.3 频率间隔1/3f_c的仿真结果  122
    6.3.4 频率间隔2/7f_c的仿真结果  122-123
    6.3.5 结论  123-124
  6.4 本章小结  124-126
第7章总结与展望  126-130
  7.1 全文总结  126-127
  7.2 论文的创新之处  127
  7.3 今后工作的展望  127-130
参考文献  130-138
攻读博士学位期间的学术活动及成果情况  138-140

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