CDMA系统中数模混合型信号处理的若干关键问题研究

论文摘要

码分多址(CDMA)技术因在频谱利用率、多址接入能力、克服无线信道衰落、软切换、信道分配、提供高的系统容量等方面所具有的优越性能，使其成为数字移动通信、无线局域网、个人通信等系统的主要多址接入技术。随着数字信号处理算法功能的日益增强和集成电路技术的进步，目前CDMA系统的许多信号处理功能都在数字域实现。由于受到A／D转换器字长和信号带宽的限制，数字技术实现的硬件规模较大，导致信号处理电路的功耗较大，不能满足未来移动通信终端设备的低功耗要求。基于此背景，本文在融合非均匀带通采样理论、正交变换理论、匹配滤波器理论、CMOS运放的工作原理以及神经元MOS器件特性的基础上，针对直扩码分多址系统的移动终端提出了一种数模混合型的信号处理方法，深入研究了算法的原理和数模混合型电路的实现结构，并分析了系统性能。取得了以下创新性的成果： 1、对高阶非均匀采样情况下带通信号的频谱混叠现象进行了详细分析，从消除频谱混叠出发，推导出无失真重建时内插函数的频谱函数应该满足的条件；基于带限信号广义采样的重建模型，研究非均匀采样时带通信号的重建问题，将带通信号重建像函数计算变成了一个线性方程组求解问题，利用克拉默法则(Cramer’s rule)，通过求解线性方程组得出重建像函数；最后给出了带通信号重建的计算机仿真实例。 2、针对QPSK调制的WCDMA扩频信号提出了一种数模混合型解扩方法，该方法首先通过对接收的WCDMA信号进行二阶采样，在实现时域离散化的同时完成QPSK解调功能，然后用数字电路控制的并行模拟运算电路对恢复出来的扩频基带信号进行相关解扩。理论分析和计算机仿真表明，该方法可以实现WCDMA扩频信号的解扩功能。与全数字解扩方法相比，该方法无需高速A／D转换器和正交解调器，具有高速、低功耗等优点。 3、对数模混合型匹配滤波器的工作原理进行了系统研究，分别提出了基于CMOS运放和神经元MOS器件的数模混合型序列匹配滤波器的两种实现结构，并对关键电路进行SPICE仿真和实验验证，结果表明提出的数模混合型匹配滤波器电路功能正确，与全数字序列匹配滤波器电路相比，简化了电路结构、减小了元件数目；最后讨论了连续信号匹配滤波器的数模混合型实现电路结构，从而为基于

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 带通信号采样理论的研究现状
• 1.2 带通信号正交变换理论的研究现状
• 1.3 CDMA系统中数模混合型信号处理概念的提出和背景
• 1.3.1 CDMA系统扩频伪随机码捕获技术的发展
• 1.3.2 数模混合型匹配滤波器的研究现状
• 1.4 本文的主要内容和主要结论
• 2 带通信号采样理论的研究
• 2.1 引言
• 2.2 带通信号的均匀采样理论
• 2.2.1 带通采样定理
• 2.2.2 均匀采样时带通信号的无失真重建
• 2.3 带通信号的高阶非均匀采样
• 2.3.1 M阶非均匀采样的定义
• 2.3.2 M阶非均采样时采样频率的选取
• 2.3.3 M阶非均采样信号的频谱分析
• 2.3.4 M阶非均匀采样时带通信号的无失真重建
• 2.4 基于广义采样的带通信号重建理论
• 2.4.1 带通信号均匀采样的最低采样频率
• 2.4.2 带通信号的广义采样定理
• 2.4.3 非均匀采样时带通信号重建像函数的计算
• 2.4.4 计算举例
• 2.5 本章小结
• 3 CDMA扩频信号的数模混合型解扩方法
• 3.1 引言
• 3.2 带通信号正交变换的原理及实现方法
• 3.2.1 带通信号正交变换的原理
• 3.2.2 带通信号正交变换的模拟域实现
• 3.2.3 带通信号正交变换的数字域实现
• 3.3 基于二阶采样的数字正交变换
• 3.3.1 二阶采样实现带通信号正交分解的条件
• 3.3.2 二阶采样正交分解与一阶采样正交分解性能的比较
• 3.4 QPSK调制的WCDMA扩频信号的数模混合型解扩方法
• 3.4.1 二阶采样实现 QPSK信号正交分解的原理和条件
• 3.4.2 基于二阶采样的WCDMA信号数模混合型解扩方法
• 3.4.3 计算机仿真与性能分析
• 3.5 本章小结
• 4 数模混合型匹配滤波器
• 4.1 引言
• 4.2 数模混合型匹配滤波器的基本结构
• 4.2.1 数模混合型匹配滤波器的概念
• 4.2.2 序列匹配滤波器的数模混合型实现结构
• 4.2.3 连续信号匹配滤波器的数模混合型实现结构
• 4.3 基于CMOS运放的数模混合型序列匹配滤波器
• 4.3.1 CMOS器件的特点
• 4.3.2 CMOS运放实现的序列匹配滤波器的电路结构
• 4.3.3 关键电路单元
• 4.4 基于神经元MOS器件的数模混合型序列匹配滤波器
• 4.4.1 神经元MOS晶体管的结构和特性
• 4.4.2 神经元MOS器件实现的序列匹配滤波器的电路结构
• 4.4.3 加权求和电路的工作原理
• 4.4.4 神经元 MOS型序列匹配滤波器的PSPICE仿真
• 4.5 连续信号匹配滤波器的数模混合型实现结构
• 4.5.1 模拟采样值移位电路的设计
• 4.5.2 模拟采样值加权求和电路的设计
• 4.6 本章小结
• 5 CDMA系统中伪随机码的数模混合型捕获检测器的性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 CDMA系统中的同步捕获技术
• 5.2.1 伪随机码同步捕获的原理
• 5.2.2 平均捕获时间
• 5.3 伪随机码的数模混合型捕获检测器模型
• 5.4 伪随机码同步捕获的检测概率和虚警概率
• 5.4.1 接收信号与本地扩频码之间的时间关系
• 5.4.2 伪随机码同步捕获的检测概率
• 5.4.3 伪随机码同步捕获的虚警概率
• 5.4.4 捕获性能分析
• 5.5 本章小结
• 6 工作总结
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的研究论文