（通信与信息系统专业论文）dscdma信号的串行干扰消除算法的误码率仿真分析.pdf

摘要 嚣羧廖囊程粼a 强s 一d 莲a ) 蔹零愚娌掰a 技术牵最 为流稽的。d s c d 秣a 发送器靠为每个用户分黼雅一的码学来 传赣褥户数搭。接收端捡测器羧嫂鳓麓露号蘸艨霄露户售姆鹣 盒威，它裾在辩黼箨壤率上挺甄叠藏。多涎予虢( 鹾越) 蕊 个限制d s c d m a 系统容量躺鞠索。由于辫址干扰的存张造 藏了爝户信号之黼翡麓祝辩闽德穆，这撵就念酸垮蘑产玛乏澜 蕊琵交往警蘩搂痰辩狭静镰误。 本文从分析多用户模型入葶，在分析几个传统的c d m a 接唆褪器萼 窭率行予捷溃豫算法( s l e ) ，并辫l 朋酝撼d 撼缡 茬辩s i e 簿滚遘费傍粪。辩s 辩雾法在菸瞅镶遵辩多衽藩 道情穗下迸行误礴辫仿真，著附眈传统的常规检测器( m 攀) 秘缝糍。通过将s 端算法分入捌凇接彀瓿默数邀黉绒的 r 粼疆莰搿式箨对这释鼯式避行诗舞掇髂冀戳验谣要达戮 的预嬲效果。 美饕溪：s l e 、d s 一程艇走，麓蠡l 、袋鳆嚣 j t 裳变遴太学电子信息工援学院壤士浚交纂l 戴建4 s 甄 a b s t r a c t t h et e c b n o l o g yo fd s - c d m ai s 也em o s tp m l 越t e e h n o l 键了i n c d m a d s - c d m a 昀n s m i 讹rs e n d su s e rd a t ab yd i s 砸b 砸n g u n i q u ec o 如如re 躺hl l r 弧l es i g n a i so fr e c e i v e ra r ec o r 毽 o s c d o fa l lu s e r ss i g n a l s t h es i g n a l sa r eb l e n d e df o re a c ho t h c ri nt i m e a n d 缸q u e n c y lm 艇i saf a c t o rl m i t i n g 攮ec a p 幻瀚yo f d s c d m as y s t e m m a jc a nm a l ( e 啪d o mt i m eo 腿e t 锄o n g u s e rs i 翻毫l s + r a n d o mt i 搬oo f f e t d e s t yt h eo r 睡o g o n a l i t y b e t 、v e e nu s c rc o d c ss o 1 a ti tm a k ej u d g i n ge h _ 0 ri nr e c e i v e r 弧i sp a p 雕a n 8 l y s e s 鼎em 酣e lo f 热l l t i - u s e r s 搋da 盎e r 躲a b ，z i n g c o n v e n t i o n a lc d m ar e c e i v e rw ee d u c es i ca l g o r i t t l ma n d s i 荭m l a t es i c 丑g 确也m 涵m 越吼a b w im a l ( e 也eb e r s i 枷1 a t i o no fs i ca l g o r i t h mi na w g nc h a l l l l e la n dm u l t i p a t h c h 蠲酩lc o 秘，积n g 弼t 圭lt h e 舻粕咖a n c eo fe o n v e n t i o 越im f r e c e i v e r w ea d ds l ca l g o r i t h mt or a k er e c o i v e ra i l di m p r o v e r a k er e c e i v e lw em a k es i l m l l 敷诗no fi n 攀r o v e dr 姗r e c e i v e r a n de d u c e 也er e s u l t st op r o v e 协ei m p r o v e m e n t k e y w o r d s ：s i c ，d s c d m a ，m 越，r a k e 北京交透大学电予信息工程学院硬士论文第2 页共4 8 薨 第一章多用户信号模型 在蜂窝通信网中，利用多址技术可以使多个用户共享同一 个信道带宽。一般米说，存在几种不霜的方式，使多个用户透 过通信信道把信息发送到接收机。现在广泛应用的多址方式有 频分多址( f d m a ) 、对分多蛙 t d m a ) 和弱分多址( c d m a ) 。 f d m a 是把可用信道带宽划分为许多频率不重叠的予信道， 羧用户请求把子信道分配绘每个用户。t d m a 是把持续酵闽 t f ( 帧持续时间) 划分为n 个互不重叠的子间隔，每个间隔的 持续对闽为t f 瓜。每个要发送售息熬用户都分酝一帧中的一 个特定时隙。因为用户接入网络的数据具有突发性，在各个用 户豹信息健输是突发的和低占空率环境下，由于分配绘糟户的 定比例的可用频隙或时隙并不传送信息，所以f d m a 和 t d m a 的效率不离。它扪的一个替 弋方法是应羯奁接序列扩 频( d s c d m a ) 来达到多个用户分享一条信道或子信道。每 个用户分配一个唯一的码j 事魂或标记譬列( s i 窟l l a t u 船 s e q u e n c e ) ，该序列允许用户将信息信号扩展剿所分配的整个 壤繁。在接收端，将接受信号翻每一个可能的粥户标记序列进 行互相关，就可以分离出备用户信号。下面将讨论c d m a 系 统孛的多翔户信号模型。 1 。1 传输信遵分析 本文主要在a w g n 信道和多径信道中对s i c 算 传输信遵分析 旦型旦4 焦曼酸圭笠王毡趟隧篡羹敛逯碍圣笾羞筮蚯 码率仿真并与匹配滤波器和r a k e 接收机的接收性能进行比 较，所以有必要分析一下这两种信道的特征。 1 1 1a w g n 信道 高斯白噪声是所有信道对有的干扰源，它来源于信道媒质 微粒的热运动，我们看到的实际上是一种不确定的因素，它的 存在使得信号经过信道，都会或多或少的受到影响。之所以称 噪声为白的，是因为这种噪声的功率谱分布均匀，并且包含整 个频域。它的自相关函数是冲击函数，其时域波形应是由极大 量的、互为统计独立、随机发生的极窄脉冲的集合，其均值自 然为零，必然符合中心极限定理，故呈高斯型分布特征。当信 噪比较低的时候，自噪声对信道加扰的影响也就越凸现出来， 由于高斯分布是不紧支的，误码是难以避免的。当信噪比高， 不出现特殊情况的时候，这种噪声的影响逐渐削弱，所以一般 系统在越过信噪比门限的时候，误码率就会以较快的速度趋向 零，再增大信噪比已经不是很有意义。 在仿真中，要产生均值为0 ，方差为盯2 的高斯白噪声只需 要通过信号的能量和信噪比计算出方差仃2 ，然后调用r 姐血函 数产生正态分布，具体的表达式为：n o i s e = 仃m d n 。这个 序列叠加在信号抽样序列上就得到了信号在信道中传输的加 性模型。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第5 页共4 8 页 垒s 丝立m 值量毂璺堑王越搅陡差鎏殴迟碍星笾套分盘 1 1 2 多径信道 多径信道在无线通信中是非常常见的信道。在高楼林立的 市区，由于移动天线的高度比周围建筑物矮很多，因而不存在 从移动台到基站的视距传播，这就导致了衰落的产生。即使有 这样一条视距传播路径存在，由于地面与周围建筑物的反射， 多径传播仍会发生。因此到达同一目的地就可以有不同的路 径。常常的，电磁波在不同的路径上所走的时间是不同的，它 们之间有延迟的现象。所以在接收处，不同路径的信号叠加在 一起的时候由于不同步而造成混叠现象，所以有很强的码间串 扰。 另外，在多径信道中也存在多种衰落。基本的衰落类型有 基于多径时延扩展的衰落效应和基于多普勒扩展的衰落效应。 其中，基于多径时延扩展的衰落效应又分为平坦衰落和频率选 择性衰落。 如果移动无线信道带宽大于发送信号的带宽，且在带宽范 围内有恒定的增益及线性，则接收信号就会经历平坦衰落过 程。在平坦衰落情况下，信道的多径结构使发送信号的频谱特 性在接收机内仍能保持不变。然而，由于多径导致信道增益的 起伏，使接收信号的强度会随着时间变化。 如果信道具有恒定增益和线性相位的带宽范围小于发送 信号带宽，则该信号特性会 x 因为随着同时工作的用户数目不断增多，多址干扰电平必然越 来越大，当增加到一定程度时，将会使接收地点的信号电平与 电平之比值达不到要求。 c d m a 蜂窝系统的多址干扰分为两种情况：一是基站在 接收某一移动台的信号时，会受到本小区和邻近小区其它移动 台所发信号的干扰：二是移动台在接收所属基站发来的信号 时，会受到所属基站和邻近基站向其它移动台所发信号的干 扰。图( a ) 是基站对移动台产生的正向多址干扰：图( b ) 是移动 台对基站的反向多址干扰。本文所涉及的多址干扰是指图( b ) 的情况。 ( a )( b ) 1 2 2a w g n 信道中的多用户模型 首先研究a w g n 信道下k 个用户的多用户模型。发送信 号仅受到a w g n 的恶化。多用户的基本模型结构如图1 2 1 所示。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第8 页共4 8 页 $簿 慧 息。因此，第k 个用户的信息序列用 仇( m ) 表示，每个信息 比特的值可为l 。设一共发送n 个比特，每比特能量为吼， 则第k 个用户的等效低通发送波形为 嘣f ) - 厄兰州f ) g 以一1 ) 那么k 个用户的合成信号为： s ( f ) ：壹( f 一“) ：宝厄兰巩( f ) 鼠。一汀一。) ( 1 2 ) 式中k 为传输延时，0 “ r ，l ( = l ，2 ，k 。在异步传输模式 下“0 ，而在同步系统中传输时延o = o 。发送信号经过高 斯信道，受到a w g n 的影响，于是接收端的信号为 r 0 ) = s ( f ) + h ( f ) ( 1 3 ) 式( i - 3 ) 中的s ( f ) 由式( 1 2 ) 确定，n ( f ) 是功率密度为昙“的 高斯白噪声。 1 2 3 多径信道中的多用户模型 设有k 个活动的用户，每个用户分配到一个持续时间为t 的标记波形gk ( t ) ，t 是符号间隔。k 个用户的合并信号的表 达式同上节的( 1 2 ) 式。设用户和基站之间的信道是慢变的 瑞刹多径衰落信道，即在两个相邻数据比特间隔内，与信道相 联系的随机参数没有很大的变化。另外，设多径衰落类型是 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第1 0 页共4 8 页 r a y l e i g l l 衰落，此时信道的复低通响应可写为： 吒( f ) = 艺口n 艿( f 一) e x p ( j = ) ( 1 _ 4 ) 式中口。，和分别表示第k 个用户的第l 条路径的损耗、时 延和相位，万( f ) 是单位冲激响应函数。多径数目工。由具体的 系统决定，它不大于系统最大可分离的多径数目。另外，设多 径相位为 o ，2 厅 内均匀分布的独立随机变量；多径时延 是独立的，且服从 o ，瓦 内的均匀分布；因为信道衰落类型是 r a y l e i g h 衰落，所以是独立的瑞利分布的随机变量，其分 布概率密度函数为： 厶： 砉。眵，菘 o 7 、。 在这里可令= o ，也即在接收端的相位估计是准确的( 对分 析所得结果并不影响) ，则接收端的信号的表达式可由式( 1 1 ) 和式( 1 4 ) 卷积再叠加上a w g n 而得到： 心) ：龛i 壹兰6 ) 。一一汀一“) + 郇) 其中式中n ( f ) 是功率密度为去。的高斯白噪声。 多径信道下多用户信号模型的结构图如图1 2 所示。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第1 l 页共4 8 页 在同步传输中，每个( 用户) 干扰源完整地产生一个符号 对期望符号的干扰。在加性高斯白噪声中，只要考虑一个信号 间隔内( o f s 丁) 接收信号并确定最佳接收机即可。则，( f ) 的 表达式变为： r ( f ) ：羔动l ( 1 ) g 女( ) + h ( f ) ， o f 丁( 1 _ 5 ) l 根据式( 1 _ 5 ) 首先计算对数似然函数 坤) = 肌) - 砉溉( 1 ) 删m ( 1 - e ) 然后选择使人( 6 ) 最小的信息序列慨( 1 ) ，1 女岸) 。展开式 ( 1 6 ) 的积分式可得： a ( 6 ) = r ，2 ( f 皿一2 砉动羽) r r 。慨。瑚 + 喜砉；j 强( 1 ) ( 1 ) r g 冉k ( ，冲( 1 ，) 分析式( 1 7 ) ，对于所有可能的序列溉( 1 ) ) ，2 ( f ) 是共同的 且与确定发送哪个序列无关，因此可以省略。式： ， r 七= jr ( f ) g ( f ) d f ， l 七k 表示接收信号与k 个标记序列中每一个标记序列的互相关。标 记序列的自相关可表示为： ， p 业( o ) 2jg ，o ) g ( f ) 讲 这样式( 1 7 ) 可以表示为相关度量的形式： 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第1 3 页共4 8 页 c ( 唯，钆) ：2 壹再a ( 1 ) 一羔兰；j 动丹) 钆( 1 归p ( o ) ( 1 荆 一l z l t t i 使似然函数a ( 6 ) 最小就等价于使相关度量c ( 乓，) 最大。最佳 检测器计算每个序列的相关度量，并选择能产生最大相关度量 的序列。在k 个用户信息序列中，有2 种可能的比特选择。 最佳检测器算法的计算复杂度可能极高，特别是当单个蜂窝中 用户数超过l o 个的时候。因为，最佳检测器的复杂性随用户 数k 呈指数增加。此外，最佳检测器还必须知道所有用户的 参数，例如扩频码、幅度和相位等。显然，最佳检测器在实际 应用中是无法实现的。 1 3 2 常规检测器 最佳接收机在理论分析上的作用很大，但是实际上是不可 实现的。鉴于这种情况人们研究了次佳接收机。次佳接收机的 计算复杂度随用户数的增长而线性增加。常规检测器是次佳接 收机中最简单的算法。 图1 - 3 是d s c d m a 信号的常规检测器的结构图。常规检 测器用解调器组来处理接收信号。因为每条支路使用了不同的 扩频码，所以解调器就是与用户扩频 北京交通大学电子信惠工程学院硕士论文第1 4 页共4 8 页 图1 3 波形相匹配的相关器组。即判决器前的结构相当于常规的匹配 滤波器组。采样器的输出作为判决变量，由此获得检测的符号。 在同步传输条件下，此时，对于间隔0 s f ，内的信号， 第k 个用户相关器的输出为： = r m ) 以伽= 动羽) + 宝而( 1 ) 野( o ) + 州1 ) ( 1 9 ) j ：； 一 式中噪声分量为： ( 1 ) 。i ”( f ) g ( f ) 出 在式( 1 9 ) 中囊予j ( 1 ) p 业( o ) 项为其他用户组成的干扰项。 j j j - l 显然，如果标记序列之间是正交的，则p 。( o ) = o ，这样( 1 - 9 ) 式中的多用户干扰项就消失了，此时常规单用户检测器是最优 的。另一方面，如果有一个或多个其他标记序列不与该用户标 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第t s 页共4 8 页 立s 簋旦丛筐曼毂皇踅壬盐擅睦簋选曲退强圣篮羞盐蚯 记序列正交，则当一个或多个其他用户信号功率电平远大于第 k 个用户功率电平时，来自其他用户的干扰将过大。这种情况 在多用户通信中一般称为远近效应，必须在接收机中采用某种 形式的功率控制来抑制远近效应。 实际上这种接收机是单用户接收机。复杂度是这种接收机 的主要优点。检测器的每一个分支都可以在不关心其他用户的 情况下独立运行。除了与一个特定支路相关的用户，所有其他 的用户均被当成噪声来处理。其结果是，即使在延迟是随机的 且所有用户都是等功率接收的情况下，这种解调器的性能也在 很大程度上依赖于具有低相关特性的扩频码波形。在实际应用 中这些条件并不是总能满足的，因此这些方法的干扰消除能力 是有限的。但是上述结构可以作为多级s i c 处理的一部分来应 用。 1 3 3 线性检测器 通过对接收信号的线性变换，线性检测器可以尽可能地消 除同信道干扰。有两种基本的线性检测器：解相关检测器和最 小均方误差( m m s e ) 检测器。这两种检测器都是由线性均衡 器衍生而来的。均衡器的主要功能是针对信道的码间干扰 ( i s i ) 而言的。 解相关的主要目的是，在判决前，通过估计用户的互相关 矩阵，并将矩阵的逆用于匹配滤波器( m f ) 的输出，从而降 低用户波形间的互相关性。虽然这些算法的复杂度( 每比特) 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第1 6 页共4 8 页 与用户数呈线性关系，但对矩阵求逆很大程度上决定了算法的 复杂度。对于具有强相关的非同步信道，计算量很快就变得很 大。 m m s e 接收机试图使常规检测器的输出与发送数据序列 之间的m s e 最小，所以它与使用训练序列的常规均衡器相似。 结果是，除了不增强噪声外，线性变换与解相关矩阵相似。改 善噪声性能的折中方法是使用一个训练序列。和在解相关方法 中一样，必须求相关矩阵的逆。因此，m m s e 检测器也存在 复杂度高的问题。 线性检测器的另一个缺点是，为了计算最优的互相关矩 阵，所有用户的参数必须己知( 如扩频码、定时、相位等) 。 这几乎等价于接收端要知道每个用户的完整的信息序列，因此 实际上根本无法实现。这一点类似于最佳检测器。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第1 7 页共4 8 页 它放在最前面进行检测也是最精确的。弱信号可从这种干扰消 除算法中获得最大的好处。因此接收信号必须按功率的大小， 由强到弱进行排序。 s i c 接收机每级的处理过程可分为以下四步完成。 第一步：利用传统的常规检测器检测出能量最强的用户信 号。 第二步：采用硬判决的方法判决检测出的信号。 第三步：对判决出的信号进行再次扩频调制。 第四步；从接收信号中减去再生的扩频调制信号，将得到 的结果作为下一级的输入信号。 为了能再生接收到的用户信号，精确的参数估计是必须 的。否则，在进行处理后，噪声将会增强，而干扰却没有消除。 此外，由于系统的级联结构，对每个用户进行干扰消除必然引 入比特延迟，因此当用户数量较大时，在实际应用中会受到一 定的限制，所以必须限定级数，以消除最强用户产生的干扰， 并对最后的输出结果使用常规检测器提取剩下的用户信号。由 于s i c 所固有的简单结构而具有很大的发展前途。只要将常规 的m f 检测器稍加改动就可以执行s i c 算法了。 为了以下分析方便，将用户按干扰消除顺序进行编号。匹 配滤波器的输出功率决定了干扰消除的顺序，信号能量最强的 用户首先被检测和消除。只考虑发送端只发送一个比特，在同 步传输条件下，根据式( 1 9 ) 用户j 的匹配滤波器的输出为： o ( 1 ) = 币( 1 ) + - 6 。( 1 ) 鲰( o ) + n 皿) ( 2 - 1 ) 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第2 0 页共4 8 页 图2 - 3 在理鲜甜韩非引曲携琴j 唾通瘟锖港般境弼蹰潦绢例罐淄 锈滢淄港臻萄；眭蚕；一馨j 一囊| 一：置新甑静鲫句珥! 薹疆舀趸 ；i 鞘；孽讲删m 警燃瞧噬薛z i l 嗣“| ) f f 嘣趔蜒鄞瞥姐鄞鬟皴 堑野靼囊强赫翌糊蛆封卿i 霉雏蛸羚聪3 掩“豁秘粒醴葫 趔嘈囊嘎难 星凛舅酬= 弱爵载鲼荔基引莹j 烈醚墼一i 祭矍薹 萋警鏊孽篓蓥妻毫鐾耋；妻爵墓囊摹至萋翥孽；囊羹i l 蠹 均为 鎏彭璧垫墼焦萋藏壅踅王盏蓬稳簇洼夔送虽警菝羞爱蕴 算法消除干扰，即在嫩里使用两极s i c 结构进行信号检测。下 嚣绘出s 愆的实现代鹚段： r e t _ s i g t j i g ；接收端信号 s i cr e c e i v e r 效l = l ：k 共露k 令爱户 p 珏- c o d e 为扩频码 t m p ( 1 ，：) = r e u i g + p n - c o d e ( 1 ，：) ； 解扩频 d e c ( ) = s 瑚撼聋露；累麓操终 i f d e c ( 1 ) o门限笋t 决 d ( 1 ) = * l ； e l s e d ( i ) ；l ； e n d ： x j = l ：l e 重复裁决爨蘸爱产数鼹3 1 次 r e p ( j ) ；d ( 1 ) ； e n d ： ：羹薮对捻测凄戆数囊迸簿扩颤 a g a i n = s q f t ( e c h i p ) + r e p 串p n c o d e ( 1 ，：) ； 从接收信号中减去一个用户的干扰 譬t s i g = r e e s g - a g 蠢拄 x 餮2 5 给出了邈近效应条件下能量最强用户的平均误碱率曲线。图中 的e b 娥用户3 的每b b 特能量 l 墓 罄 f r7 8o 野州。秘秘 图2 - 6 北窳交通大学电子僖怠王程学臻殒士论文 第2 5 页筵4 8 芟 叠甏黛銎垒夔曼戆整踅芝筮蓬隧鬟速鏊送亟整笾蒺爱筮 从以上两幅图可以看出在考虑邀近效应时，s i c 接收机的 牲髭总体上挠子霉援m f 捡嚣器。冀羚，在s i c 枣g 耋较弱鹣 信号能献s i c 算法中获得很大的收益而强用户信号的性能没 有显著提高。这是因为强用户信号首先被检测出来并对于后麟 魏麓户划慧妹罄强霜户于撬已经拔瀵涂了。总之，保持臻户3 的能量不变，在有强僚号存在的情况下，常规m f 检测器的憾 能迅速降低，而s i c 棱测器的性能则能基本保持不变。 下甏给出在塑定攘噪毙豹情嚣下，系统疆整建户增长翁谡 码率性髓比较。信嗓比固定在s d b 上，用户数量变化范 围从5 个用户到2 0 个用户。还是分理想功率控制和远近效戚 象 孛嚣魏媾爨讨论。瀵怒功搴控懿壤撬下，掰枣麓户熬裁萋都 为单位熊嚣，即e b l 。在远近效应情况下，将用户分为两组， 第一组的能量比第二缀的能量强5 d b 。分组方法熄利用用户数 技2 救豫法，然蓐慰疑镄结果进孬上数整，酝褥戮麓是爱量较 强的用户数，剩下的为能量较弱的用户数 x 魏巡垒坠篷受簇壅霞至鏊毽途荔蓬整遂殛受蕊塞筮蕴 接收机。每个相关接收器检测一路延时信号，其备检测支路间 躬樱对惩辩超过一令秘片。 图3 - l 镰道接收机利用多个相关器分别检测多裰信号中最强 豹m 个支鼹售号，然爱对每个穗荚器匏输窭逮褥熬权，孩提 供优予犟路相关器的信号检测，然靥再在此基础上进行解调和 判决。 缀建e d m a 搂故织育m 个耀关捡测器，这黧捡溅器的竣 出经过线性叠加，即由权后，被用鬻乏作信号判决。假设相关器 1 与信号中最强支路m l 相同步，黹另一类相关器2 与另一支 黪m 2 筏麓步，虽m 2 魄难l 落霞t 。这里，鞠荧器2 与支黪 m z 的耦荧性很强，弼与m 。的相关性很弱。如聚接收机中只有 一个相必器，那么当其输出被衰落毫虻乱对，接收机无法作出纠 委，瓢褥使舞决器佟寤大耋误羚。嚣在r 砖( 嚣矮牧梳孛，魏 果一个相关器的输出被扰乱了，迸可以用其它筑路做出补救， 并通过改变被扰乱支路的权重，还w 以消除此路信号的负面影 璃。豳予襄a k e 落蔽氍提供了对m 籍信号静夔好统诗舞决， 北泶交通大学电子髂怠工程学硫硬士论文 第2 9 页熬4 8 页 因而它是一种克服衰落，改进c d m a 接收的分集形式。 3 1 2 单用户与多用户的m u ( e 接收机性能仿 真 下面对r a k e 接收机在单用户和多用户条件下进行性能 仿真。多径信道采用统计独立的抽头权值的延时线模型。具有 统计独立抽头权值的抽头延时线模型在接收机中提供了相同 发送信号的l 个复制品，因此，以最佳方式处理接收信号的 接收机将获得等效l 阶分集通信系统的性能。图3 2 所示就是 抽头延时线模型。实际上图3 2 就是一个横向滤波器。图中n ( t ) 图3 2 是加性噪声，s ( t ) 为发送信号，“t ) 为接收端的接收信号，c ( t ) 为抽头延时线模型的权值，t n 为多径信道的延时。 在仿真中，信号的合并方式采用最大比值合并分集方案， 权重的大小是由各支路的输出功率或信噪比( s n r ) 决定。如 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 0 页共4 8 页 果支路的输出功率或s n r 小，那么相应的权重就小。总的输 出信号为： ， z = 口卅z 。 = l 权重可用相关器的输出信号总功率归一化，总和为1 ，即： 7 2 口。= 争 z ： l 设小区内只有一个活动用户，即k = 1 。仿真仍然采用b p s k 调制方式。用户能量为单位能量，即e = l 。扩频码随机生成， 扩频增益l = 3 l 。信噪比范围从o d b 到1 0 d b 。仿真中设置多径 数为三条，相对时延分别为o 个码片，5 个和9 个码片，即第 一径认为没有时延，第二径和第三径的时延均相对于第一径而 言。信道模型采用抽头延时线模型，信道的衰落服从瑞利分布。 仿真点数设置为n = 1 0 0 0 0 0 0 个点。接收端采用传统的r a k e 接收机，信号合并方式为最大比值合并。图3 3 为r a k e 接收 机仿真程序流程图。图3 4 为单用户条件下r a k e 接收机的误 码率曲线。 设其它条件均不变，只是活动用户数变为五个，即k = 5 。 接收端仍然采用传统的r a k e 接收机接收信号。图3 5 为理想 功率控制下五个用户的平均误码率曲线。 比较这两个仿真结果，很明显当系统中只有一个用户时， r a k e 接收机的性能很好，但当系统中用户增加到五个时，系 统整体的误码率快速升高。另外，图3 5 是在理想功率控制条 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 l 页共4 8 页 i产生发送数据 上 每比特数据 重复3 1 次 + i 随机生成扩频码 + l扩频调制 i设置信道参数 设置信噪比 瑞利衰落的 多径信道 + ira k e 接收 + i误码率计算 图3 3 件下得出的仿真结果，若实际系统中存在远近效应，那么多用 户条件下凡钳 接收机的性能会更差。这是因为r u 江接收 机本身没有消除多用户干扰，所以需要对r a k e 接收机的构 造进行改进以使它具有抗多用户干扰的性能。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 2 页共4 8 页 蚩旷 斗 图3 4 理想功率控制 、 k 、 、k 、 e 州o ( d 8 ) 图3 5 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 3 页共4 8 页 3 2具有s i c 结构的r a k e 接收机 上面分析了r a k e 接收机，并在多用户和单用户条件下 对r a k e 接收机进行了误码率仿真。下面的内容是要针对上 面的问题提出对r a k e 接收机的改进。前面的章节已经分析 了s i c 算法的性能并将之和常规m f 检测器进行比较。实际上 凡u 江接收机的结构也是每一接收之路上用常规m f 检测器对 信号进行检测，所以可以考虑将r m 江接收机中的相关器换 作s i c 算法的级联形式。图3 6 给出了将s i c 算法加入r a k e 接收机后的接收机结构图。 全f 一级 图3 6 图3 6 只画出了一个用户的情况，实际上在多用户系统中 只需将这种结构简单的复制即可。图中c ( t ) 是用户的扩频码， ( n _ 1 ，2 ，l ) 为r a k e 接收机的加权系数。这种结构 就让r a k e 接收机具有抗多用户干扰的功能。 为了验证这种结构比传统的鼬u 江有更好的误码率性能， 下面针对这种结构的接收机进行计算机仿真，并且和传统的 北京交通太学电子信息工程学院硕士论文 第3 4 页麸4 8 页 r a k e 性能进行比较。分理想功率控制和远近效应两种情况加 以讨论。仿真程序的流程图如图3 - 7 所示。 图3 - 7 设系统中活动用户数有3 个，即k 芦3 。信噪比范围从0 d b 到l o d b 。仿真点数n = l 0 0 0 0 0 0 点。所有用户的能量在理想功 率控制条件下均为单位能量，即e = 1 。多径数有三条，其中认 为第一条没有时延，后两条路径相对第一条路径的时延分别为 5 个码片和9 个码片。信道衰减服从瑞利衰落。信道采用抽头 北京交j 砬大学电子信息工程学院硕士论文第3 5 页共4 8 页 延时线模型。下面给出改进的r a k e 接收机的实现代码。 如n c t i o n p 】= s i 9 _ r a k e - r e c e i v e r ( s n r i i l d b ) k = 3 ：系统中活动的用户数 l = 3 ：多径数 e b = l ；用户的能量( 理想功率控制) l c = 3 l ：扩频增益 n = 1 0 0 0 0 0 0 ；仿真的点数 t a u s = 【o59 ； 各条路径的时延( 码片) b e t a = l s q r t ( 2 ) ；瑞利衰减系数 e c h i p = e b l c ；每个码片的能量 s n r 21 0 “( s n r _ i n - d b ，1 0 ) ；信噪比 s 舒【l a = s q n ( e b ( 2 + s n r ) ) ：通过信噪比计算噪声方差 n u m o f e r r = z e r o s ( 1 ，k ) ；出现错误的比特数 r - s 培= o ； 初始化接收信号 l s i g = o ； 初始化发送信号 f o r i = l ：n 每次发送一个比特，共发送n 次 l s i g = o ；准备进行下次接收和发送 t _ s i g = o ； m u l t i c o m p o s e = z e r o s ( k ，l c ) ；初始化多径存储变量 f o r k = 1 ：k 产生用户数据 t e n 巾2r a n d ； 生成【o ，l 】之间的随机数 i f t e m p o 5数据之间等概率 d a t a ( k ) = 一l ； 等价于b p s k 调制 e l s e 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 6 页共4 8 页 d a t a = 1 ； e n d ： e n d ： f o r k = 1 ：k产生用户扩频码 f o r j ；l ：l c t e m p = r a i l d ； i f t e m p o 5 随机产生1 或1 p n _ c o d e ( ) = - 1 ；扩频码之间是等概率的 e l s e p n - c o d e ( 幻) = l ； e n d ： e n d ： e n d ： f o r k ；l ：k 将每个用户的数据比特重复3 1 次 f o r j = l ：l c r e p e a t e d ( k j ) = d a t a ( k ) ；待扩频的用户数据矩阵 e n d ： e n d ： f o r k = 1 ：k s i g = z e r o s ( l ，l c ) ； 对用户数据进行扩频 d s s s - s i g ( 1 【，：声s q r t ( e c h i p ) + r e p e a t e d ( k ：) + p r l c o d e ( k ，：) ； f o r l = 1 ：l 抽头延时线信道，信道衰落服从瑞利分布 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第3 7 页共4 8 页 s i g ( i ，：) 铀p a t l l i r a y ( d s s s _ s i g ( k ，：) ，t a u s ( 1 ) ，b e 乜，l c ) ； 合并多径信号( 简单叠加) m u l t i c o m p o s e ( k ，：) ：m u l t i - c o h l p o s e ( k ：) + s i g ( 1 ，：) ； e n d ： e n d ： n o i s e = s g m a + r a n d l l ( 1 ，l c ) ；计算高斯白噪声 f o r k = 1 ：k 合并多用户信号( 简单叠加) t _ s i g = t - s i g + m u l t i p o 1 p o s e ( k ，：) ； e n d ： r - s i g = l s i g + n o i s e ； 加噪获得接收信号 e a n = s u m ( r - s i g + r _ s i g ) ；信号总输出能量 f o r k = l ：kr a k e 接收 f o r l = l ：l 同步每一条路径 p n d e l a y ( 1 ，：) = s h i r ( p n c o d e ( k ，：) ，t a u s ( 1 ) ，l c ) ； r ( 1 ，：) = r - s i g + p n - d e l a y ( 1 ，：) ； 解扩频 e o ( 1 ) = s u m ( r ( 1 ，：) + “l ，：) ) ；每条路径的能量 a ( 1 ) = e o ( 1 ) e a l l ；计算加权合并系数 t ( 1 ，：) = a ( i ) “l ，：) ； e n d ： f o r l = l ：l 对信号进行加权合并 u ；u + t ( 1 ，：) ； e n d ： j u 吨e ( k ) = s u m ( u ) ；累加操作 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第3 8 页共4 8 页 i f j u d g e ( k ) 0 门限判决 d ( k ) = - 1 ； e l s e d ( k ) = 1 ； e n d ： s i c 算法 f o r j = l ：l c 重复判决出的数据3 1 次 r e p 0 ) = d ( k ) ； e n d ： s u b = s 叩( e c l l i p ) + r 印+ p n - c o d e ( k ，：) ；再次旷频 r _ s i g = r - s i g s u b ；从接收信号中减去以判决的用 户信号 e a u = s u m ( r _ s i g + r _ s i 曲； 再次计算总输出能量 i fd ( k ) 一d a t a ( k ) 误码数计算 n 啪o f b r r ( k ) = n u r n o f b 呱k ) + l ； e n d ： e n d ： e n d ： p = n u m o f e r r n ； 计算误码率 以上就是改进的蝴接收机的实现代码，其中的 r r i p 以l - r a y 函数的代码如下。 如r l c t i o ns i g = m p “b r a y ( d s s s i g ，t a u s b e t a ，l c ) a = m y l m d ( b e t a ，l ，l c ) ；产生瑞利衰落变量 t e m p 。d s s s s i g ； 北京变通大学电子信息工程学院硕士论文 第3 9 页共4 8 页 d s ss _ - s i g ( 1 ：诅l l s ) = z e r o s ( 1 ，t a u s ) ；对信号点进行移位 d s s s - s i g ( t a u s + 1 ：l c ) = t e m p ( 1 ：l c - t a u s ) ； s i g = a + d s s s _ - s i g ； 衰落变量乘上延时后的信号 仿真的主程序如下： e c h o0 n c l e a ra l l k = 3 ：用户数 s n 砌n d b = o ：l ：l o ：信噪比 b i f _ e r r j r b = z e r o s ( 1 e n g t h ( s n r i n d b ) ，k ) ；初始化误码率变量 b i l e r r - p r b l = z e r o s ( 1 e n g m ( s n r i n d b ) ，k ) ； f o ri = 1 ：l e n g t h ( s t i n d b )循环次数为信噪比的长度 计算改进后的u ( e 接收机误码率 p b 】2s i c 脚( er e c e i v e r ( s n 砌n d b ( i ) ) ； b i t - e 玎j r b ( i ，：) = p b ； 计算传统r a k e 接收机的误码率 p b l 】_ r a l 【e - r e c e i v e ( s n m n d b ( i ) ) ； b t e r r o r b l ( i ，：) = p b l ； e n d ： 整个仿真是限制在理想功率控制条件下进行的。图3 8 给 出了仿真得出的误码率曲线。 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文 第4 0 页共4 9 页 芷 蚩，盯2 * 理想功率控制傣件 鲁一s l c 接收擞 卜 卜+ r 惴莨机i 、 、h k 、 、 弋 x k 、 l k hk 、 、1k、 北京交通大学电子信息工程学院硕士论文第4 l 页共4 8 页 燮鬈乏i 黧篆嚣篇篇豢 机警戮芝裳纛篡蒜蠹篙薹赢矗最 戮。黧鬣萎然篓茹“5 强用享譬 ：蓁鬈紧0 三篓嚣嚣罴下，对谁 。竺燃器篓鬻妊袅的 萋较缨篡鬻篙舞篡7 磊式的 兰黧黧淼竺霎淼淼妊是因 曩竺兰慧篇黧暑三篙淼纛赫赢 为在接收信号时强能量信号首先被桓掷出术“。叫” 北京交通太学电子信息工程学院硬士论文 第4 2 页共4 8 页 竖妙焦昱龇删趟拶 圉3 一t o 北京变通戈学电于信恩工程攀院硕士论文 第4 3 页共4 8 页 氍墨k 眭傅蜡啊鞋 第四章结论 本文针对d s c d m a 信号，熏要讨论了s i e 的结构和服 瑾。在s c 戆每一级中嵌入豢援豹艘捡测器，磐傻廷荣号瀵 除算法囊除多用户干扰。通过计算机仿真，本文说明了谯 a w g n 信道