WCDMA通信系统的伪码与扰码分析识别

发布时间：2020-06-20 21:55

【摘要】：WCDMA即宽带码分多址,具有保密性好、数据速率高、抗干扰能力强等优点,是全球应用最广泛的3G移动通信技术。WCDMA能够使多个用户在同一频段同时工作,利用码字的相关特性进行相互区分,因此对其码字的研究具有重要意义。本文主要研究WCDMA通信系统上行链路物理专用信道中所用到的伪码与扰码的分析与识别问题,通过对WCDMA信号的结构进行解析,指出该信号本质上是一种长直扩加扰信号,且可以等效为同步的虚拟多用户DS-CDMA信号。在此基础之上,本文首先利用能量累积法估计出接收信号的失步点,并将该算法与应用较为广泛的最大范数法做出仿真对比,证明其性能更为理想;完成同步之后,通过EM算法对WCDMA信号进行分段估计并得到部分的长扰码序列,然后结合LFSR序列的结构特点,采用改进的W-H变换来对长扰码的生成多项式与初态进行估计,并以此重构出无误的完整序列,与传统W-H变换相比,改进的W-H变换能够大量减少算法所需计算量和计算机内存,缩减计算时间。最后,受启发式算法降低问题计算量的启发,从组合最优化的角度对LFSR序列生成多项式的估计问题进行了更深入的探究,通过将原问题转化为优化问题,采用模拟退火结合局部搜索算法寻找最优解,并分析目标函数在整个解空间内的分布情况,最终发现LFSR序列生成多项式的估计问题只能依靠遍历解空间来寻找最优解,当利用某些方式缩小解空间内可行解的范围时,算法计算量将得到有效降低。本文主要内容包括:首先,了解WCDMA信号中所使用的重点技术,对信号结构、扩频加扰方式以及地址码的类型与生成方式等内容进行分析,并在此基础之上对WCDMA信号进行数学建模。由于WCDMA信号本质上是一种长直扩加扰信号,可以将其等效为同步的虚拟多用户DS-CDMA信号,在等效模型的基础上,采用能量累积法对信号的失步点进行估计,通过与应用较为广泛的最大范数法进行计算机仿真实验对比,证明能量累积法性能优于最大范数法,且在信噪比较低时依然拥有良好表现;以长度为扩频因子的时窗对同步后的WCDMA信号进行划分,并将具有相同扩频伪码的数据段拼接得到新的短码直扩信号,采用EM算法估计其伪码波形并恢复出码序列,此短伪码序列即为待估计长扰码序列中的一部分,重复此操作恢复多段短的扩频伪码,依序拼接可以得到截短的长扰码。其次,由于EM算法估计出的截短的长扰码序列内含有少量误码,接下来将通过估计生成多项式与初态的方式来恢复无误的完整扰码序列。利用LFSR序列的特点,构造出以序列生成多项式和初态为未知量的二进制方程组,由于方程组出可能含有误码,采用W-H变换求出方程组系数矩阵的谱系数,并将其次大值作为方程组的最可能解。由于阶数较大时传统的W-H变换所需要的计算量与内存往往会超出计算机承受范围,采用改进的W-H变换算法,在保证估计正确率的情况下,能够有效的减少计算所需时间。最后,受到启发式算法降低问题计算量的启发,从组合最优化的角度对LFSR序列生成多项式的估计问题进行了更深入的研究。首先阐述了启发式算法的发展过程与应用领域,然后着重研究了局部搜索算法与模拟退火算法的原理和具体操作步骤。由序列生成多项式的估计问题转化而成含错的二进制线性方程组的求解问题,可以再次转化为组合最优化问题,并采用模拟退火结合局部搜索的方法寻找最优解。计算机仿真结果表明该算法在生成多项式阶数较低时效果良好,但较高时往往无法得到正确结果。通过对目标函数值在整个解空间内的分布情况进行分析发现,目标函数的形状十分特殊,迭代过程中无法根据函数值的变化来调整搜索方向,只能通过遍历解空间找到最优解,算法性能完全依赖于搜索空间的大小,启发式算法并不适用于LFSR序列生成多项式的估计问题,但是通过限制解空间内可行解的范围,可以有效地减少算法所需计算量。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.53
【图文】：

累计值,能量,最大范数,累计法

图 3-3 能量累计值与相对时刻的关系图 3-4 最大范数法与能量累计法失步点估计正确率随信噪比变化情况验结果明显可以看出，在相同的条件下，能量累积法比最大范的准确性上要好很多，在信噪比-10 dB 时仍然可以保证 100 次

变化情况图,最大范数,累计法,点估计

26图 3-4 最大范数法与能量累计法失步点估计正确率随信噪比变化情况验结果明显可以看出，在相同的条件下，能量累积法比最大范的准确性上要好很多，在信噪比-10 dB 时仍然可以保证 100 次，从而可以得出结论，能量累积法是一个比最大范数法更好的 EM 算法的分段伪码波形估计出信号的失步点之后，我们可以从接收信号的信息码起始点开后续估计。对于周期长码直扩信号，由于扩频因子远小于长码码周期之内，对每一位信息码进行扩频的扩频码都不相同，因直扩的扩频码估计方法来进行估计。但是对于接收到的多个长

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