低／零相关区序列编码理论及其应用.pdf

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1、科技成果2013年第3期低／零相关区序列编码理论及其应用唐小虎等(信息学院)1概述该项目属于信息传输、计算机服务和软件业领域。近年来，我国在以TDSCDMA系统为代表的无线数字通信技术标准制订、核心技术与产品研发方面均取得了重要突破，极大地推动了具有自主知识产权的相关信息产业的发展。尽管我国拥有全世界最大的通信市场并已经成长为通信产品的最大生产国，但在无线通信数字领域的重大基础性研究过于分散，关键核心技术掌握不足。近年来，我国在以TD．SCDMA系统为代表的无线数字通信技术标准制订、核心技术与产品研发方面均取得了重要突破，极大地推动了具有自主知识产权的相关信息产业的发展

2、。然而，关键核心技术掌握不足，自主知识产权短缺。随着通信业务需求的持续增长，现代无线通信系统都需要同时支持多个用户以高效的方式共享有限的频谱资源，且在检测区分过程中不产生难以处理的相互干扰，与此相关的技术称之为多址复用。多址复用通信系统给每个用户分配一条扩频序列，将用户信号变换成带宽扩展频谱信号；在接收端，信号经接收机用相同的序列将带宽信号再变换成原来的带宽。在传统情况下为消除相互干扰，期望扩频序列具有理想的相关特性。著名的Welch界证明了不存在此类具有理想相关性质的序列集。课题组就是从序列设计的角度出发，对未来宽带数字通信与网络体系核心的理论基础与关键技术一多址序列

3、编码理论及技术进行深入研究，提出了具有的低／零相关序列集，很大程度上消除了码间干扰、多址干扰以及邻信道干扰。现代无线通信系统需要采用多址复用技术来支持多个用户以高效的方式共享有限的频谱资源，但同时也造成了多个用户间的相互干扰。序列是实现多址复用的重要手段，是未来宽带数字通信与网络体系核心的关键理论与技术。课题组历经l0余年刻苦钻研，提出了低／零相关区序列，很大程度上消除了码间干扰、多址干扰，从而开创了序列设计的新方向。本项目的研究思路：建立低／零相关区序列整体理论，并对其进行了系统深入的研究：突破传统观念，提出了低／零相关区的概念，并将其推广到(跳时)跳频序列、互补序列

4、、多维阵列等方面，提出了低／无碰撞区、z．互补、多维低／零相关区等相关概念，从而开创了低／零相关区序列设计的新方向；然后建立了低／零相关区从理论界到序列设计、从直扩序列到跳频和跳时序列、从一维到高维的整体性理论，构造出多组最佳低／零相关区直扩序列、低／无碰撞区(跳时)跳频序列、z．互补序列、低／零相关区多维阵列；最后将低／零相关区序列、无碰撞区序列、z．互补序列应用于直接序列扩频码分多址(DS．CDMA)系统、跳频(FH)系统、超宽带(UWB)系统、OFDM系统、MIMO系统的数据传输和信道估计。项目的总体思路如图所示，可以归结为“一个中心、三个阶段”。图1。本研究取得

5、了多项国际领先的成果，主要科学发现如下：作者简介：唐小虎，男，教授。科技成果2013年第3期●l^0d-‘二IIIl,hiII⋯’=_．】／。IIl『VlI1／；皇相关露效互相关爵敦一图3零相关区(zcz)要求序列在零相关区内具有理想的相关特性为支持更多用户，我们又将零相关区的概念推广到低相关区(LCZ)，也即要求序列在低相关区内具有接近理想相关特性，如图4所示。自相关香觳互相关函数图4低相关区(LCZ)要求序列具有接近理想相关特性上述的低／零相关区定义有着广泛的适用性，传统序列可视为Lcz=N的低相关区序列，应用广泛的Walsh序列可视为Zcz=1的零相关区序列，此外

6、对应于不同的应用场景，可以得到多种低／零相关区序列：(1)应用于DS．CDMA系统，分别考虑序列的周期相关特性、奇周期相关特陛、非周期相关特性，提出了周期、奇周期、非周期的低／零相关区列的概念；(2)应用于FH、UWB系统，考虑其汉明相关特性，提出了低／无碰撞区跳频、跳时序列的概念；(3)应用于MIMO、OFDMA系统，考虑序列对或序列集的非周期相关性质，，提出了z··3·科技成果2013年第3期互补序列的概念；(4)应用于遥测与识别、孔径成像、天线阵列、x射线断层摄影等领域，考虑多维信号，提出了低／零相关区多维阵列的概念。2．2在国际上首先提出了相关区法，建立了世界第

7、一个低／零相关区序列理论界。并得到常规序列新的理论界，这些理论界成果已成为判别序列设计优劣的国际通用准则序列的理论界，就是序列的一些重要参数，如长度、数目及相关值等等一些性能指标，满足的约束不等式。这些理论界是序列性能的重要指标，也是判别序列设计优劣与否的重要标准，对序列设计具有重要的指导意义。我们首先提出了研究低／零相关区序列集理论界的有效方法，即“相关区法”。利用相关区法，我们建立了低／零相关区直扩序列、低／无碰撞区(跳时)跳频序列的理论界，创下多项世界第一。在此基础上，以相关区法研究传统序列，得到多项研究成果：(1)在国际上首先建立