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直接序列扩频DS/SS(Direct Sequence Spread Spectrum)通信由于其良好的抗干扰性、低功率发射的保密性,以及可以在同一个频带内同时传输多个用户带来的较高的频谱利用率,在无线通信中日益受到重视。近年来,直扩通信在民用通信,卫星导航,低轨道卫星通信,战场无线传感网络等各种复杂的通信环境中,得到了大力应用。
非协作条件下,对隐藏在噪声中的直扩信号进行有效的盲检测和盲估计,具有重要的现实意义。而实际中通信环境的复杂性,又对这一任务提出了新的要求。例如,在大多数无线通信信道中,发送和接收天线之间通常多于一条传播路径,多径现象可能出现在所有无线通信系统中。
本文在研究了DS/SS信号及直扩码分多址(DS-CDMA)信号非协作接收条件下的关键技术后,做了三个方面的主要工作,分别如下:
首先,对多径环境下直扩信号的数学模型进行理论分析,提出了使用二次谱算法对多径环境下直扩信号的伪码周期进行检测和估计。文中假设在“静态”多径环境下(相对信号变化速率为时不变信道),直扩信号为基带信号,使用平均累加减小噪声影响及蒙特卡罗仿真的实验方法,对多径环境下直扩信号的伪码周期进行了有效的估计,并验证了算法的可行性,给出了算法与信号参数关系的性能曲线。
其次,因为DS-CDMA信号可以简单地看作是多个直扩信号的叠加,文章把对直扩信号的研究扩展到了DS-CDMA信号参数盲估计。结合现存文献对DS-CDMA信号扩频码盲估计的研究,本文建立了DS-CDMA信号模型,只有先准确地估计出各个用户的失步点,才能对DS-CDMA信号进行很好的同步。通过对点对点直扩信号失步点估计工作拓展到DS-CDMA信号中,分别使用了谱范数和F范数估计出了信号中每个用户的失步点。在分析了接收信号特征结构及其相关矩阵结构的基础上,首先估计出接收信号中一个用户信号的功率、特征扩频序列的失步点及序列本身,再用已经估计出来的特征信息对相关矩阵进行缩减,以消除该用户对剩余用户信号估计的影响。依此方法,逐次迭代,最后完成对接收信号中所有用户信息的盲估计。
最后,现存的DS-CDMA信号参数盲估计的研究,大部分是建立在用户数已知的基础上,从而确定信号和噪声的维数。在实际的信号处理过程中,接收机接收到的信源数未知,信号空间维数需要通过接收信号的自相关矩阵的特征值分布特性来加以判断。本论文研究了DS-CDMA信号模型,将DS-CDMA信号与天线阵列相结合,用经典的信息论准则中的AIC(Alaike Information Theoretic Criteria)准则和MDL(Minimum DescriptionLength)准则以及经过平滑处理的信息论AIC_FB准则和MDL_FB准则,对DS-CDMA信号中的信源数进行了盲估计。计算机仿真实验发现这两种准则都能对DS-CDMA信号中的信号源进行有效地估计,且估计效果与信噪比及快拍数密切相关。