WCDMA上行链路基带信号的检测与估计

摘要

WCDMA信号是宽带码分多址信号，它属于直接序列扩频(DSSS)信号的一种，具有隐蔽性好、抗干扰、抗多址、反侦察能力强、截获概率低等优点，已经在民用通信、军事通信、商业通信等各种通信环境中得到了广泛的应用。为了能够在非协作情况下更好的捕捉到有用的信号，则需要对接收信号的扩频码周期与扩频码序列等细微特征进行有效的检测与估计。
　　 直接序列扩频信号的周期参数和特征伪码序列估计算法已经形成了较为完善的理论体系，但是现有的大多方法都是针对基带短码直扩信号来进行研究的，并没有对其在特定的信号系统中进行检测与估计。而在实际的复杂扩频通信系统中如WCDMA系统，特别是在非协作通信环境下，侦察并识别出对方的扩频信号、估计扩频信号参数与伪码序列等就显得尤为重要。
　　 本文针对在低信噪比条件下的WCDMA上行链路信号扩频码周期参数和特征伪码序列估计问题主要做了如下工作:
　　 (1)介绍了WCDMA信号基本原理，并对WCDMA信号检测与估计在国内外研究现状进行了归纳总结，同时指出了本文的重点研究对象是WCDMA信号的正交可变扩频(OVSF)码序列。建立了符合3GPP规定的WCDMA上行链路物理层信号模型，并对其进行了验证。
　　 (2)针对低信噪比下WCDMA信号检测与OVSF码周期盲估计的难题，研究了四阶累积量和二次功率谱对WCDMA信号检测和OVSF码周期估计的算法。该算法首先通过四阶累积量对高斯白噪声具有抑制的作用，利用四阶累积量对WCDMA信号进行检测，当检测到WCDMA信号后;接着对WCDMA信号进行一次功率谱运算，然后把功率谱作为输入，再对其作第二次功率谱运算，通过检测尖锐脉冲间的谱峰距离就可以估计出OVSF码的周期。该算法在较低输入信噪比的条件下能准确的检测到WCDMA信号和OVSF码的周期，仿真结果验证了该算法的有效性。
　　 (3)针对低信噪比下WCDMA信号扩频码即OVSF码盲估计的难题，研究了一种利用WCDMA信号的相关矩阵累加平均和其奇异值分解对OVSF码进行估计的算法。该算法首先将接收到的WCDMA信号以一随机确定值为起点进行周期分段，将数据形成多个连续观察向量;接着求其相关矩阵并累加平均;最后对累加平均后的相关矩阵进行奇异值分解，可以由相关矩阵的主特征向量估计出WCDMA信号的OVSF码序列，从而对接收的信号进行解扩处理。并且在不同步时还可对其失步点进行估计，从而保证了接收信号的同步性。该算法计算量较小，能够在较低信噪比条件下恢复出原OVSF码序列。
　　 (4)针对存在残余频偏调制下WCDMA的OVSF码序列盲估计的难题，研究了一种利用滑动匹配与功率谱相结合来估计OVSF码序列的算法。该算法首先利用WCDMA信号的谱范数来估计出同步偏移，算法不需要更多假定限制;接着根据同步偏移的大小来截取一整周期的信息序列，利用OVSF码序列自身高度的相关性，当接收的OVSF码序列同本地的OVSF码序列完全匹配上时，会有反映信号的残留载波或直流成分出现;再对其取功率谱，则会在该功率谱某一频率上出现尖锐的谱峰，通过检测功率谱的幅度与位置就可以估计出原OVSF码序列。该算法具有良好的检测效果，并且能够有效克服残余频偏对OVSF码序列估计的影响。
　　 本文研究了干扰环境中WCDMA上行链路基带信号周期参数和特征伪码序列的盲估计算法，并通过MATLAB模拟仿真实验的各种算法。通过算法的理论分析和模拟仿真实验，验证了本文的算法能在信噪比比较低的条件下，对WCDMA基带信号扩频码的周期参数和特征伪码序列进行准确的盲估计。因此本文中的算法对WCDMA信号的检测与估计具有较好的实用价值与应用前景。

目录

声明

摘要

插图清单

第一章 绪论

1．1 第三代移动通信系统的发展及WCDMA的应用状况

1．2 问题的提出

1．3 直扩信号及WCDMA信号盲估计研究现状

1．4 课题研究意义

1．5 本文的章节安排

第二章 WCDMA上行链路信号模型

2．1 WCDMA上行专用物理信道

2．2 正交可变扩频因子码的产生和特性

2．2．1 OVSF码的产生

2．2．2 OVSF码的特性

2．3 WCDMA上行链路信号的扩频与调制

2．4 WCDMA上行链路信号的数学模型

2．5 本章小结

第三章 WCDMA信号的检测与OVSF码周期估计

3．1 引言

3．2 基于四阶累积量的WCDMA信号检测

3．2．1 高阶矩和高阶累积量

3．2．2 理论算法分析

3．2．3 仿真分析及结论

3．3 WCDMA信号的OVSF码周期估计

3．3．1 WCDMA信号的二次谱处理算法分析

3．3．2 WCDMA信号的二次谱处理算法流程

3．3．3 仿真分析及结论

3．4 本章小结

第四章 WCDMA信号OVSF码序列的估计

4．1 引言

4．2 基于奇异值分解的OVSF码序列的盲估计

4．2．1 OVSF码序列盲估计算法分析

4．2．2 OVSF码序列盲估计算法流程

4．2．3 仿真分析及结论

4．3 残余频偏下WCDMA信号的OVSF码序列盲估计

4．3．1 基于F-范数的失步点估计

4．3．2 滑动匹配与功率谱相结合的OVSF码序列估计

4．3．3 滑动匹配与功率谱相结合的OVSF码序列估计算法流程

4．3．4 仿真分析及结论

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 前景展望

致谢

参考文献

附录 研究生期间的科研成果及参与的科研项目