（通信与信息系统专业论文）宽带无线通信系统中的信道均衡研究.pdf

摘要 在通信系统中由于信道的不理想，传输信号常发生畸变。本论文的研究目的是 设计有效的均衡器克服多径衰落。 论文针对带循环前缀的分层空时单载波系统提出了并行多级判决反馈均衡器， 它等效于由空间判决反馈均衡器和时频域的多输入单输出判决反馈均衡器组成。它能 以较低的复杂度取得令人满意的性能。 论文提出了一种带符号级判决反馈的联合均衡和解扩的接收机。在发射端 c d m a 信号附加了符号级循环前缀，在接收端去掉循环前缀的接收信号利用快速傅立 叶算法变换到频域，然后前馈滤波器在频域进行联合的信道均衡和解扩，反馈滤波器 在时域和符号级对残余的符号间干扰进行重构和去除。本论文中提出的接收机能使 c d m a 系统性能显著改善，并且增加的复杂度可以忽略不计。 论文针对c p c d m a 系统设计了一种多级自适应频域干扰抵消的均衡器。在每 一级，根据归一化相干系数该均衡器自适应调整前馈滤波器和反馈滤波器的参数设 置，因此输出信干噪比能够无错误传播地得到提高。 为了进一步改善c d m a 系统的性能，在本论文中提出了一种切片迭代均衡器用 于无错误传播地消除残余干扰。然而，这种均衡器的实现复杂度为信道记忆长度的三 次方。为了减小实现复杂度，本论文又提出了一种次最优的切片迭代均衡器，其优点 是不需要进行与信道记忆长度相关的矩阵求逆和矩阵乘法，它的实现复杂度近似为信 道记忆长度的线性函数。而且这种次最优切片迭代均衡器能够取得与最优切片迭代均 衡器几乎相同的性能。另外，本论文还设计了无限长度的切片迭代均衡器用于多输入 多输出系统的信号检测。 关键词：信道均衡，c d m a ，c p - c d m a ，多输入多输出，正交频分复用 v i i a b s t r a c t i nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m st h et r a n s m i t t e ds i g n a li sa l w a y sd i s t o r t e db yt h ef r e q u e n c y - s e l e c t i v ec h a n n e l t h ea i mo ft h i st h e s i si st od e s i g ne f f i c i e n te q u a l i z e r st om i t i g a t et h e m u l t i p a t hc h a n n e lf a d i n g ap a r a l l e lm u l t i s t a g ed e c i s i o nf e e d b a c ke q u a l i z e ri sp r o p o s e df o rs i n g l e c a r r i e rl a y e r e d s p a c e - t i m es y s t e m sw i t ht h ef i x e dc y c l i cp r e f i x i ti se q u i v a l e n tt oad e c i s i o nf e e d b a c k e q u a l i z e ri ns p a c ed o m a i nc o m b i n e dw i t ham u l t i p i e - i n p u ts i n g l e - o u t p u td e c i s i o nf e e d b a c k e q u a l i z e ri nf r e q u e n c yd o m a i na n dt i m ed o m a i n i tc a na c h i e v et h es a t i s f a c t o r yp e r f o r m a n c e w i t hl o wc o m p l e x i t y an o v e lj o i n te q u a l i z a t i o na n dd e s p r e a d i n gr e c e i v e rw i t hs y m b o l - l e v e ld e c i s i o n f e e d b a c ki sp r e s e n t e d t h es y m b o l - l e v e lc y c l i cp r e f i xi sa d d e dt ot h ec d m as i g n a l sa tt h e t r a n s m i t t e rs i d e a tt h er e c e i v e rs i d e ，t h er e c e i v e ds i g n a lw i t ht h ec y c l i cp r e f i xr e m o v a li s c o n v e r t e di n t of r e q u e n c yd o m a i nb yf f ta l g o r i t h m af e e d f o r w a r df i l t e ri sa p p l i e dt oj o i n t l y e q u a l i z et h ec h a n n e la n dd e s p r e a dt h es i g n a li n 疗e q u e n c yd o m a i n t h er e s i d u a li n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c eo ft h ec o r r e s p o n d i n gc o d ec h a n n e li s r e g e n e r a t e da n ds u b t r a c t e df r o mt h e e q u a l i z e ds i g n a li nt i m ed o m a i nb yaf e e d b a c kf i l t e ri ns y m b o l - l e v e l t h ep r o p o s e ds c h e m e o u t p e r f o r m sc d m as y s t e m sa n dc p - c d m as y s t e m sw i t ht h el i n e a re q u a l i z e r i t si n c r e a s e d c o m p l e x i t yi sn e g l i g i b l e a na d a p t i v e 丹e q u e n c yd o m a i ni n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o na n dc h a n n e le q u a l i z e rf o rc p c d m as y s t e m si sd e s i g n e dt oc a n c e lt h ei n t e r f e r e n c es t a g eb ys t a g e a te a c hs t a g e ，t h e p r o p o s e d s c h e m ep e r f o r m s a d a p t i v e f o r w a r d f i l t e r i n g f o rc h a n n e le q u a l i z a t i o na n d i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o ni nf r e q u e n c yd o m a i ns ot h a tt h es i g m at oi n t e r f e r e n c ep l u sn o i s er a t i o c a nb ei m p r o v e da n dt h ee r r o rp r o p a g a t i o no f i n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o nc a nb ea v o i d e d t of u r t h e ri m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fc d m a s y s t e m s ，ac h i pi t e r a t i v ee q u a l i z e ri s p r o p o s e dt oc a n c e lt h er e s i d u a li n t e r f e r e n c et h r o u g hm u l t i s t a g ep r o c e s s i n gw i t h o u te r r o r p r o p a g a t i o n h o w e v e rt h ec o m p l e x i t yo ft h ec h i pi t e m t i v ee q u a l i z e ri ss e n s i t i v et ot h e m e m o r yl e n g t ho f t h ec h a n n e l t or e d u c et h ei m p l e m e n t a t i o nc o m p l e x i t y ，as u b o p t i m u mc h i p i t e r a t i v ee q u a l i z e ri sp r o p o s e d n om a t r i xi n v e r s i o no rm a t r i xm u l t i p l i c a t i o nr e l a t e dt ot h e m e m o r yl e n g t ho ft h ec h a n n e li sn e e d e d i t sc o m p l e x i t yi sa b o u tal i n e a rf u n c t i o n o ft h e v 东南大学博土论文 m e m o ul e n g t ho ft h ec h a n n e l t h es u b o p t i m u mc h i pi t e r a f i v ee q u a l i z e rc a na c h i e v ea l m o s t t h es a m ep e r f o r m a n c ea st h eo p t i m u mc h i pi t e r a t i v ee q u a l i z e r i na d d i t i o na ni t e r a t i v ei n f i n i t e l e n g t he q u a l i z e ri sp r o p o s e dt od e a lw i t l lm i m 0f r e q u e n c y s e l e c t i v ec h a n n e l s k e y w o r d s ：c h a n n e le q u a l i z a t i o n ，c d m a ，c p - c d m a ，m i m o ，o f d m v i 缩略语 8p h a s es h i f tk e y i n g 3 g 4 0 1 6 q a m a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e b 3 g b a s e s t a t i o n c o d e - d i v i s i o nm u l t i p l e - a c c e s s c o c h a n n e li n t e r f e r e n c e d e l a y e dd e c i s i o nf e e d b a c ks e q u e n c ed e t e c t o r d a b d t v b e n h a n c e dd a t ar a t e sf o rg s me v o l u t i o n e q u a lg a i nc o m b i n i n g e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i n s t i t u t e f a s tf o u r i e rt r a n s f o r r n f r e q u e n c yd o m a i nl i n e a re q u a l i z e r f r e q u e n c yd o m a i nl i n e a re q u a l i z e rw i t l lo n e s t a g ep a r a l l e li n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n g a u s s i a nm i n i m u ms h i f tk e y i n g i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e i n t e r - c o d ei n t e r f e r e n c e i n t e r p a t hi n t e r f e r e n c e m a x i m u mr a t i oc o m b i n i n g m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l eo u t p u t m a x i m u m l i k e l i h o o ds e q u e n c ed e t e c t o r m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r m u l t i u s e rd e t e c t o r i l i 8 p s k t h et h i r dg e n e r a t i o n t h ef o u r t hg e n e r a t i o n s i x t e e nq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n a w g n b e y o n dt h et h i r dg e n e r a t i o n b s c d m a c c i d d f s d d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g d i g i t a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g e d g e e g c e t s i f f t f d l e f d l e p i c i f f t g s m o m s k i s i i c i i p i m r c m i m o m l s d m m s e m u d 查型兰型丝生_ 一 m u l t i u s e ri n t e r f e r e n c e m u i m u l t i p l ei n p u tm u l t i p l e - o u t p u t d e c i s i o nm i m o - d f e f e e d b a c ke q u a l i z e r m u l t i p l e i n p u ts i n g l e o u t p u td e c i s i o n m i s o - d f e f e e d b a c ke q u a l i z e r o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o f d m p e a k t o a v e r a g er a t i o p a r p a r a l l e li n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n p i c p a r a l l e lm u l t i s t a g ed e c i s i o nf e e d b a c k p m d f e e q u a l i z e r r o o tm e a ns q u a r e r m s s i n g l e i n p u ts i n g l e - o u t p u t s i s o s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ep l u sn o i s er a t i o s i n r u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n u m t s s y s t e m u s e re q u i p m e m u e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也彳i 包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名：日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外。允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生签名：导师签名：日期： 1 1 序言 第一章序言 近2 0 年来，第二代无线通信系统g s m 和i s 9 5 在全世界范围得到广泛应用。与 第一代采用频分多址的无线通信系统相比较，第二代无线通信系统采用的多址接入方 式为码分多址和时分多址，因此第二代无线通信系统的频谱利用率要高于第一代。 在第二代无线通信系统g s m 中，调制方式为高斯最小频移键控调制，维特比均 衡器被用于克服多径衰落。为了提高系统吞吐量，g s m 的增强型e d g e 采用8 - p s k 调 制，它所能提供的最大传输速率为3 8 4 k b p s 。然而对应于8 - p s k 调制的状态空间远大于 对应高斯最小频移键控调制的状态空间。为了减小实现复杂度，e d g e 系统采用基于维 特比算法的延迟判决反馈序列检测器，其最大的特点是信道记忆长度被截短，延迟判决反 馈序列检测器能在性能和复杂度之间作很好的折衷。当信道记忆长度变长或调制阶数 变得更高时，由于维特比算法的实现复杂度以指数级增长，基于维特比算法的信道均衡器 很难实现。因此第二代无线通信系统g s m 只能支持语音和低速率数据业务。 第二代无线通信系统i s 9 5 采用瑞克接收机来跟踪和合并多径，常用三种合并技 术为最大比合并、等增益合并和选择性合并。由于多径衰落，码道间的正交性被破坏，多 径干扰和多用户干扰将降低系统吞吐量，因此i s 9 5 通常被称为干扰受限系统。 为了改善c d m a 系统下行链路性能彳艮多技术方案被提出用于消除多径干扰和多 用户干扰。第三代无线通信系统t d - s c d m a 采用多用户检测接收机。为了能以较低的 实现复杂度提高系统吞吐量，许多学者建议采用线性切片均衡器抗多径衰落和恢复码道 间的正交性。当前基于c d m a 技术的第三代无线通信系统开始在全世界布署，应当承 认与第二代无线通信系统相比较，第三代无线通信系统能够提供更高速率的数据业务，然 而与用户所期望的无处不在的和个性化的服务相比较还有很远的距离。 东南火学博土论立 1 2 宽带无线通信系统的信道均衡 为了提供无处不在的和个性化的服务，通信系统必须采取适当的传输和接收技术 来克服频率选择性衰落。由于实现复杂度高，传统时域均衡器不适合作为宽带无线通信 系统的接收机。正交频分复用传输技术是未来宽带无线通信系统的候选方案，整个传输 频带被划分成若干个重叠的子带，循环前缀使线性卷积与循环卷积等效，接收机只需做频 域的单点均衡，d a b 和d t v b 已经将正交频分复用传输技术标准化，8 0 2 11 和8 0 2 1 6 都 采用正交频分复用传输技术来克服多径衰落。另一方面，带循环前缀的单载波通信系统 同样可以在频域做单点均衡，与正交频分复用传输技术相比较，单载波通信系统的主要缺 点为残余符号间干扰将降低系统性能。特别需要指出的是现有得到广泛应用的通信系 统都为单载波通信系统，营运商在营运g s m 和c d m a 通信系统的过程中已经积累了丰 富的经验。带循环前缀的单载波通信系统也将是未来宽带无线通信系统的候选方案，特 别是最近c p - c d m a 被提出用于实现通信系统的平滑过渡，只需在c d m a 发射信号中添 加循环前缀，c d m a 通信系统同样可以采用低复杂度的频域均衡技术克服多径衰落。 为了使线性卷积与圆卷积等效，循环前缀的长度必须大于信道记忆长度。循环前 缀作为系统开销，它必然将导致功率损失和时隙浪费，从而降低频谱利用率。为了提高频 谱利用率，循环前缀被用于信道估计和同步。 1 3 研究目标和论文结构 本论文的研究目标是针对带循环前缀或无循环前缀的单载波通信系统设计有效 的均衡器。基于未来宽带无线通信系统，一个有效的均衡器必须具有以下两个特点：1 它 必须能够克服多径衰落；2 均衡器的实现复杂度必须近似为信道记忆长度的线性函数。 第二章主要总结已有的信道均衡技术。为了简化后续章节的叙述，设计了基干输 出信干噪比最大准则的有限长和无限长线性均衡器。虽然基于输出信干噪比最大准则 和基于最小均方误差准则设计的均衡器完全等效，但是推导过程和结论对第六章设计切 片迭代均衡器非常有指导意义。同时介绍了一些未来无线通信系统的均衡器候选方案， 并且比较了候选方案的优缺点。 2 第i 章针对带循环前缀的空时分层单载波通信系统设计了一种并行多级判决反 馈均衡器。它由空域的判决反馈均衡器和空时域的多输入单输出判决反馈均衡器组 成。多输入单输出判决反馈均衡器的前馈滤波器在频域进行滤波，而反馈滤波器在时域 进行残余符号的干扰消除。该方案能以较低的实现复杂度取得令人满意的性能。 第四章提出一种带符号级判决反馈的联合解扩和均衡接收机。在发射端，发射信 号加入了符号级循环前缀。在接收端，去除循环前缀后的接收信号被变换到频域，前馈滤 波器能实现联合解扩和信道均衡功能，前馈滤波器的输出信号被变换到时域，经下采样后 输入给反馈滤波器，反馈滤波器重构对应码道的残余符号干扰并进行干扰抵消。与线性 频域均域接收机相比，带符号级判决反馈的联合解扩和均衡接收机增加的实现复杂度可 以忽略不计。 第五章针对c p c d m a 系统设计了一种多级自适应频域干扰抵消均衡器，基于输 出信干噪比最大准则，前馈和反馈滤波器根据每一码道的归一化相干系数调整参数设 置。在每一级，前馈滤波器在频域进行前馈滤波，反馈滤波在频域进行最优的干扰抵消。 多级自适应频域干扰抵消均衡器能够无错误传播地逐级提高输出信干噪比。 第六章分析了线性切片均衡器的性能。为了改善c d m a 系统的性能，本章提出了 一种有限长切片迭代均衡器，它能够无错误传播地逐级消除残余符号间干扰。然而其实 现复杂度为信道记忆长度的三次函数，从其实现复杂度角度而言，它不是一种有效的均衡 器。为了降低实现复杂度，本章又提出了一种次最优的切片迭代均衡器，其实现过程不需 要进行与信道记忆长度相关的矩阵求逆和矩阵相乘运算，所有的操作都可以用快速傅立 叶变换算法实现，因此其实现复杂度近似为信道记忆长度的线性函数，更重要的是次最优 的切片迭代均衡器能够取得与有限长切片迭代均衡器几乎相同的性能。另外在推导次 最优的切片迭代均衡器参数设置时，又设计了针对m i m o c d m a 系统的无限长切片迭 代均衡器。 3 查壹查兰堡主堡兰一 第二章无线通信系统的信道均衡 2 1 序言 如图1 1 所示，传输信号常由于信道的不理想发生畸变。若在接收端不采取措施 补偿信道失真，通信系统将不能j 下常工作。因此如何以较低的实现复杂度且有效地补偿 信道失真是无线通信中的核心问题。在接收端通信系统都采取一定措施补偿信道失真， 这种补偿信道失真的功能块被称为均衡器【1 。 a w g n v n 情道 竺 均衡器 b i n l 图2 1 信号的传输和接收 期望信号 许多种类型的均衡器被提出用于补偿通信系统中的信道失真。本章主要介绍一 些己经在无线通信系统中广泛使用的均衡器。最后给出针对未来无线通信系统的信道 均衡器候选方案。 2 2m l s d 和m a p 第一种补偿信道失真的方案为极大似然序列检测器，在文献【2 中，f o m c y 证明极 大似然序列检测器可以用动态规划算法实现，在每一状态，它只保持具有最小度量的路径， 维特比均衡器已经在g s m 系统中广泛使用。为了降低实现复杂度，基于维特比算法的 延迟判决反馈序列检测器 3 】 4 】截短信道记忆长度，延迟判决反馈序列检测器能在性能 和实现复杂度之间作一个很好的折衷。当信道记忆长度变长或调制阶数变高时，基于维 特比算法的信道均衡器很难实现。另一种有效了减小状态搜索空间的方案是采用预滤 波器缩短信道记忆长度，这种思路最早由d d f a l c o n e r 在文献 5 】中提出。该思路在通信 4 垄垡望堡墨堕塑堡里望塑 系统中有广泛应用 6 】， 7 ， 8 】， 9 】，在带循环前缀的通信系统中常用预滤波器缩短信道记 忆长度，缓解块间干扰的影响，然而预滤波器的实现复杂度非常高。近几年t u r b o 准则被 应用到信道均衡，信道被看成码率为1 的级联内码，外信息根据m a p 准则在内码和外码 之间交换，技术细节请参考文献 1 0 ， 1 2 】。 2 3 瑞克接收机 c d m a 已经被各种标准规范化，在欧洲e t s i 选择w c d m a 作为3 g 的标准，其主 要特征为支持可变和高速率业务，w c d m a 系统主要通过改变扩频因子来调整传输速率， 通过多码道传输支持高速率业务。在c d m a 通信系统中，传输信号的带宽远大于信道的 相干带宽，因此能分辨多径，瑞克接收机通过跟踪和合并多径来克服多径衰落，合并技术有 最大比合并和等增益合并。在多径衰落环境，r a k e 接收机总能取得多径分集。然而由于 r a k e 接收机没有采取额外的措施来克服多径和多用户之间的干扰，当系统激活的码道较 多时，多径和多用户之间的干扰将极大地降低系统性能。 2 4 线性均衡器 正如2 2 所讨论，由于极大似然序列检测器的实现复杂度呈指数级增长，不适合作 为未来无线通信系统的均衡器候选方案。一种替代方案是用线性滤波器来克服多径衰 落，下面介绍基于最大输出信干噪比准则的信道均衡器，当然它们与基于最小均方误差准 则的信道均衡器完全等效，但本节的推导过程和结果对第六章设计多级切片迭代均衡器 很有帮助。 2 4 1 针对单发单收信道的无限长线性均衡器 数字接收信号可以表示为 ，i n 】：l - i ， d 【月一，】+ v ( 2 4 1 ) ，0 其中埘f 表示等效信道冲激响应，v n 】表示方差为a ：的复加性高斯白噪声，三表示信道记 忆长度，d n 】表示功率归一化的传输符号。通过无限长线性滤波器，输出信号可表示为 5 东南大学博土论文 y m = r n 一削w 七】 = h 1 d n k 一， 纠+ v n t w 纠 ：钠d 害d i n 一七m + f m 2 蚴 女h i - 0 其中埘h 为信道冲激响应与无限长线性滤波器级联的等效信道冲激响应。噪声的功率 为 其中 残余的符号间干扰为 其中 异：葛mj 2 = 嘉驷硎2 咖 【】- w n e 珊 p i = 艺阳1 2 t 女 o 。 ( 2 4 3 ) ( 2 4 4 ) = 去j i 矽c ，h c 扩d 一去蔓沏，c f 珊2 。4 5 h o j = h n e 1 ” 无限长线性均衡器所取得的信干噪比为 。一 随：竺型 c 嘉j 限刮2 d + 去i 陬刮2 d 一去j 矿m h c 国伽f 2 ， 6 ( 2 4 6 ) ( 2 4 7 ) 光线通信系统的信道均衡 由柯西施瓦兹不等式，无限长线性均衡器的最优设置为 w r a q = 日【圳日【掰 1 2 + 砖) 其中( ) + 表示共轭转置。所取得的最大输出信千噪比为 洲肛磊1去j 嘏如 将( 2 4 8 ) 代入( 2 4 9 ) ，所取得的最大输出信干噪比可改写为 ( 2 4 8 ) ( 2 4 9 ) s i n 肛s 1 2 a 1 。 h o 】 从以上结论可以看出基于最大输出信干噪比准则的无限长线性均衡器与最小均方误差 准则等效。 2 4 2 针对多输入多输出信道的无限长线性均衡器 对于( m ，) 空时分层结构，在第珥根接收天线的接收信号为 _ m ：m i l - 1 k ，。 能，【。一叶 。 1 1 ) _ m = k ，。 ，k 【n 一叶 ” “斗。 ，= 1 1 = 0 其中。， f 】表示对应于第m t 根发射天线与怫根接收天线信道冲激响应的第，个抽头 系数，a n d m 表示方差为a ：的第唧根接收天线复加性高斯白噪声，经过无限长线性滤 波器后，第i 路发射信号估计量为 巾 ：兰艺啪卅k 明 ，+ m | l - 1 w 一 = 乏。善，。啪。 叼以，m 一一， + 兰艺k ，m 一七】。【明 】女一n z if ；o 函i ：二 ” ：俐瓢。 o + l 曲m 。批e m 2 4 1 2 7 东南大学博士论文 其中 ，丘。 表示无限长线性滤波器。陋】与信道冲激响应勺。 ， 级联的等效信道冲激响 应。期望信号的功率为 其中 = 队。，f 2 = b ! 薹甄i 国j 2 。【。】= k ，【，l k 一 r 2 4 1 3 ) ( 2 4 1 4 ) 方程( 2 4 1 3 ) 显示多输入多输出信道能同时提供多径分集和空间分集。噪声的功率为 残余符号间干扰的功率为 艺芝i 删2 b = i ，时 m - j = 丢! 鼽删2 如 ( 2 4 1 5 ) 十 i ，1 2 。= l 置一尼 i k - 一，女o h - 1 = 击i l 薹，峨。r m ， 2 如一l 磊11 * r 薹n ，日。正甜p 1 2 q 4 1 6 共信道干扰的功率为 8 厶一 胁旧防 啊 却 m 啡 扣 雌州 = ，i 陬m 女 叶 囊 叫机 i i 七 七一胛 m “ | i 盯 一l 尢线通悟糸统的1 i 坦均衡 ，+ ，ln ， 1 2 已。乏，互酗m 洲5“b = lm ? * 。，= j x = 羔割积 c o h 。m 卜 = 去j l ，。 刮d = 、m 【 t “一口? = 1i 综上所述，第i 路发射信号的接收信二噪比为 ( 2 4 1 7 ) u s i n r = j ! 二，一 p l 。+ 只。+ 墨 = j 互1 - j 薹。，日。j 脚f 2 ， m 等r = 1 上2 万- + f x l l n 争, = l 陟n , 功，。r 功，；2 d 国 一b ! 薹p - i 出f 甜i 2 + 丢! 薹限i 刮2 d 国 瑚， 为了表示成雒阵形式，作如下定义：w d c o = w , 。【】，h ， 】 7 h 。 = h 1 。 ，h n , m 瞄】 t 其中( ) 1 表示转置操作。方程( 2 4 1 8 ) 可重写为 其中 s i n r = 1 ，( w 【 ) 一1 ) 删m 卜一 r 功】= i - i 竹 h i 甜 + 盯；i h 9 r 2 4 1 9 ) ( 2 , 4 2 0 ) r 2 4 2 1 ) 东南大学博土论文 厂( w ) =去j 冰m ( w t 蛐锄 咖帅j 2 去了w t 冰【础w t m ) 锄 咖南而删啪1 2 1 去+ j h ： r 1 【】h i 【f 当第i 路发射信号的无限线性滤波器设置为 取得最大输出信干噪比为 w ： c o = ( ( r 【】) 。) 1 ( h ：【】) 7 s n r ，：i l l j 一一1 i i ；f h ：【m 】r “【国】h 。 f 将( 2 4 2 3 ) 代入( 2 4 2 4 ) ，第i 路发射信号所取得最大输出信干噪比可重写为 s i n r ，：1 1 兰五一。卜l 】 2 4 3 针对单发单收信道的有限长线性均衡器 其中 首先将接收信号表示成矩阵形式 r 【” _ h d n + v 月 1 0 r 2 4 2 2 ) ( 2 4 2 3 ) r 2 4 2 4 ) ( 2 4 2 5 ) ( 2 4 2 6 ) h = 无线通信系统的信道均衡 m 三一1 r l n j d n _ d n d a n d m + d 】 h o 】 研三一1 h 0 】 v n 卜 a - 1 】 v 脚一j 】 v n 】 v n + l 一1 + j 邶， 其中，表示观察窗的长度，d = + j i 为判决延时。有限长线性滤波器的输出为 其中 y n 】- w r = y d n 】+ i i s i n + i ” y = w + l - 1 m 1 i 。m = w h ，删州川 扛l ， ，j + i 研n j w + v 月 有限长线性均衡器所取得的信干噪比为 ( 2 4 2 8 ) ( 2 4 2 9 ) ( 2 4 3 0 ) ( 2 4 31 ) 东南大学博土论文 其中 s i n r = ”w r w = 一r 卜脚 h ：r “h m r = 1 t ，h ：+ 仃九+ 。 不等式( 2 4 3 2 ) p 7 由柯西一施瓦兹不等式导出。当线性有限长滤波器设置为 所取得的最大信干噪比为 w = r “h d + l s i n r = h ：+ l r 。1 h d + 将( 2 4 3 4 ) 代入( 2 4 3 5 ) ，所取得的最大信干噪比可重写为 s i n r = y 2 4 4 针对多输入多输出信道的有限长线性均衡器 其中 对于( m ，) 空时分层结构，接收信号的矩阵表示形式为 r n 】_ h d n + v n 】 t i n 甩 r a n 】 ； r - 【h 】 1 2 f 2 4 3 2 ) f 2 4 3 3 ) ( 2 4 3 4 ) ( 2 4 3 5 ) f 2 4 3 6 ) f 2 4 3 7 ) ( 2 4 3 8 ) 无线通信系统的信道均衡 h h i ih l2 h 2 1h 2 2 de n _ v n = d ，m d 2 【h 】 d m ，【”】 v 。【门 v 2l n ； v m 叫 h i m h 2 h m 。m ( 2 4 3 9 ) ( 2 4 4 0 ) ( 2 4 4 1 ) 其中( 2 4 3 9 ) 的子矩阵和( 2 4 - 3 8 ) ，( 24 4 0 ) ，( 2 4 4 i ) 的子向量与2 4 3 单发单收信道的形式 相同。经过滤波器w 后，第i 路发射信号为 其中 叭 _ 、矿r h y ，珥 胛】+ l 吲 n 】+ i c c 。【胛】+ e 【，z 】 y ，= w ( h ) ( 2 m ) m i i , l s l 肝】：2 d + d j 。一，+ | j t t l 女d + l ( 2 4 4 2 ) f 2 4 4 3 ) r 2 4 4 4 ) i 嫡。，” “( 2 d “d l o o r ( ( k - i ) ( 2 d + 1 ) ) + l ”一d + m o d ( ( k 1 ) ，2 d + 1 ) ( h ) 。( 2 4 4 5 ) i 嫡c - m _ 印一 一1 ) ，2 d + 1 ) 】w ( h ) 。 u 一一3 j 引n 】_ w + v n f 2 4 4 6 ) 加o r ( x ) 表示取小于z 的最大整数，m o d ( y ，x ) 表示y 除以x 后的余数，( h ) 。表示h 的第 k 列。均衡器的输出信干噪比为 s i n 卧随坠坚业d w r w 1 3 ( 2 4 4 7 ) 东南大学博土论立 其中 当滤波器设置为 村，1 2 d + i ) r ，= ( h ) 。( h ) ：+ 西i 岬。 输出信干噪比最大化为 w = r i l ( h ) ( j - 】脚+ 1 ) t “ s i n r ，= ( h ) j 州m 啦r 1 ( h ) f 。脚枷m = r 2 4 5 线性均衡器在无线通信系统中的应用 r 2 4 4 8 ) ( 2 4 4 9 ) ( 2 4 5 0 ) 虽然r a k e 接收机和多用户检测器【14 ，【1 5 1 ，【1 6 ，【1 7 1 ，【1 8 】都能用来克服多径衰 落。但当激活的码道数较多时，r a k e 接收机的性能将由于径与径之间的干扰和多用户干 扰显著变差。一般来说多用户检测器的实现复杂度非常高，将用户终端的尺寸和电源损 耗考虑在内，多用户检测器对用户终端来说不是一个很好的选择，当然它对基站来说可能 是一个好的选择。对于非对称业务传输需求来说，下行链路的传输质量比上行链路更加 重要，因此下行链路必须能够支持相比上行链路更高速率的业务。文献 1 9 1 ， 2 0 】提出利 用线性切片均衡器来恢复码道之间的正交性，从而避免多径和多用户干扰，线性切片均衡 器能以较低的实现复杂度增加c d m a 系统吞吐量，这种线性切片均衡器将应用在 w c d m a 下行链路的增强型h s d p a 中。在文献 2 2 1 ，带并行干扰抵消的线性均衡器将 进步挝岛c d m a 系缆的讹能。 2 5 判决反馈均衡器 判决反馈均衡器的基本思想是利用反馈滤波器来重构和去除前馈滤波器输出中 的干扰成份，反馈滤波器的输入为以往的硬判决，基于理想的判决反馈假设，根据最小均方 误差准则或最大输出信干噪比准则导出最优的滤波器设置。具体设计方法和性能分析 2 3 1 ， 2 4 1 ，【2 5 】， 2 6 】，【2 7 ， 2 8 】， 2 9 1 ， 3 0 1 。 1 4 无线通信系统的信道均衡 2 6 正交频分复用调制 对于未来的宽带无线通信系统，信道记忆长度显著增长，时域均衡复杂度在工程上 是不可实现的。矿交步页分复用调制 3 2 j ， 3 3 ， 3 4 ， 3 s ，【3 6 ， 3 7 ， 3 8 ，将整个传输带宽 分成若干个重叠的子带单发单收f 交频分复用调制系统的系统框图如图2 2 所示，假设 循环前缀的长度大于信道记忆长度，循环前缀可被用来避免块间干扰，接收信号与信道的 线性卷积变成接收信号与信道的圆卷积，正交频分复用调制系统的主要优点是接收机只 需在离散傅立叶变换做单点均衡，接收机的实现复杂度非常低。正交频分复用调制技术 已经广泛应用在欧。i t 标淮d v b t 中。现在它又被8 0 2 1 1 和8 0 2 1 6 标准，m i m o o f d m 己经成为下一代无线通信系统的候选方案。 图2 2o f d m 系统的发射机和接收机 与单载波调制相比较，多载波调制的主要缺点为峰均比高和所取得的分集依赖于 编码和交织，特别当码率比较高时，几乎不能取得分集。 2 7 带循环前缀的单载波系统信道均衡 带循环前缀的单载波系统能够有效地克服多径衰落。最近带循环前缀的c d m a 系统 6 9 1 ， 7 0 1 ， 7 1 1 ， 7 2 1 ， 7 3 ， 7 4 】被提出，它只需在c d m a 发射信号中附加