二元高维框架及其在通信中的应用研究

摘要

码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）系统是一种常见的扩频通信系统，具有保密性好、抗干扰能力强、系统容量大等优点。在CDMA系统中，多个用户的信号在发送端通过一组码序列进行扩频，在接收端使用相同的码序列解调恢复。由于用户的随机接入和扩频码序列之间的相关性，不同用户之间存在着相互干扰，被称为多址干扰（Multiple Access Interference， MAI），多址干扰严重影响了通信系统的性能。选择具有良好正交性的码本可以减少多址干扰的引入，而采取多用户检测技术能够在一定程度上消除多址干扰的影响。本文围绕直接序列扩频码分多址（Direct Sequence Spread Spectrum-CDMA，DS-CDMA）系统中的码本设计和多用户检测技术展开相关研究。
　　框架是一组具有类似正交基性质的序列，与正交基的不同之处在于框架具有一定的冗余，能够灵活地表示信号。最优格拉斯曼框架又称等角紧框架（Equiangular Tight Frame, ETF），在相同维度的框架中具有最低的互相关，且所有元素之间的相关度相等。在CDMA系统中，使用二元ETF的元素作为扩频序列可以使用户间的干扰降到最低。但是二元ETF的构造较为困难，而且一般方法构造的ETF只有较低的维度。
　　本文研究了框架理论，讨论了等角紧框架的结构特点，提出了一种新的ETF的构造方法。该方法利用一类特殊的斯坦纳（Steiner）系统，可以有效构造出二元 ETF，而且构造出的框架具有较高的维度。随后，针对DS-CDMA系统过载状态下多址干扰过高的问题，结合等角紧框架序列的相关特性，提出了一种正交化解扩串行干扰消除（ Orthogonal dispreading Successive Interference Cancellation, OSIC）多用户检测的改进算法。原来的OSIC算法只能应用于欠载或者过载的情况，该算法却能在系统过载时使用，而且相比传统SIC算法，新算法具有更好的检测性能。
　　论文由四部分组成：首先介绍了扩频通信和DS-CDMA系统的基本概念，对DS-CDMA的扩频序列进行了分析，并讨论了系统的多用户检测技术；其次讲解了框架的相关内容，简单介绍了空间与集合，基与框架的概念，定义了几种重要的框架；接着对格拉斯曼框架和等角紧框架作了详细的说明，分析了ETF的存在条件，选取了一些典型的ETF构造方法进行介绍，并提出了一种利用特殊的斯坦纳系统构造二元 ETF的方法，构造出了较高维度的二元ETF；最后介绍了韦尔奇界（Welch Bound）的概念，分析了WBE（Welch Bound Equality）序列和等角紧框架序列的特点，并提出了一种基于ETF的OSIC多用户检测的改进算法。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 论文研究背景与实际意义

1.2 相关理论和技术的研究现状与历史

1.3 论文的内容安排

第2章 直接序列扩频码分多址系统

2.1 扩频通信技术

2.2 DS-CDMA系统模型

2.3 DS-CDMA扩频序列

2.4 DS-CDMA多用户检测技术

2.5 本章小结

第3章 框架基本理论

3.1 集合与空间

3.2 基

3.3 框架

3.4 本章小结

第4章 等角紧框架及其构造

4.1 等角紧框架

4.2 等角紧框架存在的条件

4.3 几种等角紧框架的构造算法

4.4 一种新的二元高维等角紧框架构造方法

4.5 本章小结

第5章 等角紧框架在DS-CDMA中的应用

5.1 韦尔奇界

5.2 WBE序列及等角紧框架序列

5.3 基于等角紧框架序列的多用户检测

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

附录作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目