时分双工模式下的CDMA同步与信道估计

摘要

在近十年CDMA移动通信系统的发展过程中，FDD模式受到了广泛的关注，但采用FDD模式的移动通信只能应用在对称的频段上，这就使得可使用的频带受到了很大的限制。TDD CDMA技术具有上下行链路不对称、频谱利用率高、发射功率低等优点，非常适合于第三代移动通信中的非对称数据业务，并可以提供较高的系统容量。本文针对TDD CDMA矢量信号发生软件和分析软件，重点设计了同步和信道估计模块，并基于Windows平台进行了软件编程与实现，并进行了相关理论研究。 论文首先简要概述了TDD CDMA的基本理论，包括CDMA扩频通信原理、TDD工作原理，以及与FDD频分双工模式的异同。然后重点分析了采用时分双工模式下的LCR TDD和UTRA TDD两种不同的工作模式。论文以LCR TDD为例，详细讨论了其帧结构，研究了UE开机后的下行子帧同步的过程，完成了该模块的设计实现，并提出了在大频偏下子帧同步的改进算法。该算法的同步精度可以达到码片级，为后续的频偏估计提供了良好的保障。另外，为了满足TDD CDMA信号分析软件作为信号测试的需要，同步模块不但包括了基于下行同步码的下行子帧同步，而且还包括基于中间训练序列(midamble码)的同步，基于中间训练序列的同步算法能很好的应用于基于3G技术的移动自组织网络。 TDD CDMA系统中采用了联合检测技术，从而大大改善了系统容量。但是联合检测技术的应用首先依赖于对通信信道特性的正确估计。论文第4章首先研究了无线信道模型，TDD CDMA系统基于每个突发(burst)中的训练序列做信道估计。本文在详细研究训练序列的基础上对CDMA系统中经典的信道估计算法一低代价信道估计算法和相关算法，做了深入研究。由于系统受多径和噪声的影响造成信道估计不准确，从而导致了联合检测接收机的性能下降，针对这种情况，本文提出了一种改进方法，即对信道估计的结果进行后处理的方法，经过处理后的信道冲激响应减少了信道干扰的影响进而为联合检测接收机提供较好的估计值。 第5章结合3GPP(3nd Generation Partnership Project)协议，论文分析了TDD CDMA的基带信道模型。在软件实现的基础上，本文结合联合检测算法对TDDCDMA系统性能作了仿真分析，在不同移动速度、不同信道估计算法下得出了结论，从而也验证了本文提出算法的优越性。论文的结论部分对上述工作做了总结，提出了论文完成过程中遇到的问题和得到的经验，并指出了后续工作的重点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 CDMA扩频通信原理

1.2TDD和FDD两种双工方式比较分析

1.3 LCR TDD与UTRA TDD比较分析

1.4本文的研究思路与内容安排

第2章 TDD CDMA物理信道与码组配置

2.1物理信道及其结构

2.1.1帧结构

2.1.2突发结构

2.2 TDD CDMA小区的码组配置

2.2.1上下行导频时隙及上下行同步码(SYNC_DL/SYNC_UL)

2.2.2训练序列(midamble码)

2.2.3特殊码组之间的关系

2.3本章小结

第3章TDD CDMA移动台与基站的同步过程

3.1接收机端的码元同步

3.2初始化小区搜索

3.3基于导频时隙的下行子帧同步方法

3.3.1全搜索全比较法——时域

3.3.2全搜索全比较法——频域

3.3.3基于子帧结构的保护时隙检测法

3.3.4特征窗及其改进法

3.4基于训练序列的下行子帧同步方法

3.5上行同步

3.5.1上行同步初始状态

3.5.2上行同步机制的详细步骤

3.5.3上行同步维持

3.6随机接入过程

3.7本章小结

第4章TDD CDMA中的信道模型及信道估计研究

4.1无线电波的传播及其特征

4.2信道估计方法与改进措施

4.2.1TDD CDMA系统中相关法进行信道估计

4.2.2低代价估计方法信道估计

4.2.3信道估计的改进措施

4.3本章小结

第5章TDD CDMA信道估计与联合检测

5.1基带信道模型和联合检测算法

5.2联合检测的实现方法

5.3联合检测的仿真性能分析

5.3.1仿真环境及指标

5.3.2不同信道估计下的性能比较

5.4本章小结

第6章结论与展望

6.1本文的主要贡献

6.2研究工作中的问题、经验和体会

6.3未来工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文