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上海交通大学硕士学位论文 d s c d m a 系统中的多用户检测技术 摘要 d s c d m a 系统用不同的扩频码来区分不同的用户信息，是第三代移 动通信系统的主流空中接口。在无线信道中，传输时延和多径衰落等特 性会破坏扩频码的正交性，由此带来多址干扰( m a ) 。多用户检测通过 挖掘有关干扰用户的信息来消除多址干扰，可以有效地提高系统容量。 ， 一 最佳多用户检测器的计算过于复杂，无法在实际系统中应用。为了 解决这个问题，众多学者提出了大量的次佳多用户检测模型以及自适应 方法，以降低复杂度和提高接收机性能。第三章介绍了几种典型的次佳 多用户检测模型，并分析其优缺点。另外，还根据g a u s s s e i d e l 矩阵迭代 算法，实现一种在多径衰落信道中低复杂度的迭代多用户检测方案，它 与最大比例合并r a k e 接收相结合，可以提高检测器的抗远近能力。 宽带c d m a 的实现要求加入多媒体、高速率以及多速率业务，故要 为不同种类业务提供不同的服务质量( q o s ) 。第四章的多用户检测器的 物理实现模型基于软件无线电结构，利用f p g a 和d s p 处理器，通过对 信号和信道特性的在线检测和估计，以及根据业务特性的不同要求，在 不同检测器之间动态切换，提高多用户检测器的可实现性及灵活性。 大部分多用户检测的前期研究基于其技术本身，不考虑信道有编码 摘要 的情况，而实际的c d m a 系统都引入了信道纠错和交织。此时若采用硬 判决结果作为信道译码器的输入，会有一定的性能损失。在检测器和译 码器之间传递未经量化的值，即“软”信息，可以优化性能。在第五章 中，本文运用迭代( t u r b o ) 处理思想，将多用户检测与信道译码相结合， 从两种角度提出了不同的方法： 同步等效方法利用同步模型的特殊性得到编码比特的先验概率，作 为软信息输入信道译码器，而译码的对数似然比经交织后反馈给前端多 用户检测，作为下一轮的先验输入。考虑到完全计算的复杂性，提出了 两种简化算法：- - e e , j j 用前一轮的比特软判决输出，简化信道译码m a p 算法中转移概率y 的计算；另一种对接收信号和前一轮信道译码输出进 行前后向滤波，用m m s e 准则得到比特软判决输出，使1 ，的计算简化。 另一种方法则直接对异步信道进行处理，经过白化滤波预处理，将 多用户信道等效成时变的卷积编码器。则单用户发射和c d m a 信道可以 看成一个级联编码系统：其外码为信道编码( 如：卷积码、t u r b o 码等) ， 内码为c d m a 信道。接收方用软输入软输出( s i s o ) 算法分别进行译码， 得到的软信息通过迭代来传递。 仿真表明，这两种方法均可以在少量的几次迭代之后逼近单用户性 能。只是它们都会带来一定的处理延时，在算法复杂度上还需进一步改 进。 儿 上海交通大学硕士学位论文 不容置疑的是，多用户检测由于其性能的优势和对系统扩容的推动 力，必将成为未来c d m a 系统中的一项不可或缺的技术。， 7 关键词：直接序列扩频码分多址，多用户检测，软件无线电，t u r b o 处 理，软输入软输出( m u l t i u s e rd e t e c t l o n l nd s ，c d m as y s t e m s a b s t r a c t d i r e c t s e q u e n c e c o d ed i v i s i o n m u l t i p l ea c c e s s ( d s c d m a ) t e c h n o l o g ys e p a r a t e su s e r sb ym e a n so fu n i q u es p r e a d i n gc o d e s ；i ti sb e i n g p r o m o t e da s a na i ri n t e r f a c et h a th o l d sg r e a tp r o m i s ef o r3 gs y s t e m s t h e t r a n s m i td e l a ya n dm u l t i p a t hf a d i n gi nw i r e l e s sc h a n n e lc a nd e s t r o yt h e o r t h o g o n a l i t yo fs p r e a d i n gc o d e s ，t h u si n t r o d u c em u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e ( m a i ) m u l t i u s e rd e t e c t i o nf m u d ) t r e a t sm a i n o1 0 n g e ra sn o i s eb u ta s s i g n a l sh a v i n gr i c hs t r u c t u r es i m i l a rt ot h a to f t h es i g n a lo f i n t e r e s t ，s u p p r e s s e s t h ei n t e r f e r e n c eo fo t h c r u s e r s ，h e n c ea c h i e v e sl a r g ec a p a c i t yg a i n t h eh i g hc o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t yo ft h eo p t i m a lm u dh a sm o t i v a t e d t h es t u d yo fan u m b e ro fs u b o p t i m a lm e t h o d sa n da d a p t i v ea l g o r i t h m st o r e d u c ec o m p l e x i t ya n di m p r o v ep e r f o r m a n c e c h a p t e r3i n t r o d u c e sb r i e f l y s o m et y p i c a ls u b o p t i m a lm u l t i u s e rd e t e c t o r s ；t h e i rm e r i t sa n dd r a w b a c k sa r e a l s oa n a l y z e d a1 0 w c o m p l e x i t yr e c u r s i v em u ds c h e m ei nm u l t i p a t hf a d i n g c h a n n e lh a sb e e n p r e s e n t e d i nt h es e c o n d p a r t o ft h i s c h a p t e r i t u s e s g a u s s s e i d e lr e c u r s i v ea l g o r i t h mt or e a l i z et h em a t r i xi n v e r s i o n a n dr e d u c e s t h ec o m p l e x i t y i ta l s oc o m b i n e st h et e c h n i q u eo fm a x i m u mr a t i oc o m b i n g f m r c lr a k er e c e i v e ra n dd e c o r r e l a t o rt oi n c r e a s et h en e a r - f a rr e s i s t a n c e w i d e b a n dc d m ah a sb e e nd e s i g n e dt oa d df e a t u r e ss u c ha sm u l t i m e d i a c a p a b i l i t i e s ，h i g hd a t ar a t e sa n dm u l t i - r a t es e r v i c e st o t h ee x i s t i n gw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n sf r a m e w o r k ：i t c a l l sf o r p r o v i s i o n o fv a r i a b l e q o s r e q u i r e m e n t s t h e m u l t i u s e rr e c e i v e ra r c h i t e c t u r ei n c h a p t e r 4i s i m p l e m e n t e db ys o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ( s d r ) t e c h n o l o g y t h r o u g ht h e o n l i n ed e t e c t i o na n de s t i m a t i o no fs i g n a la n dc h a n n e l p a r a m e t e r s ，a n d r e q u i r e m e n t so f d i f f e r e n ts e r v i c e s ，t h ed e t e c t o rs w i t c h e sa m o n gd i f f e r e n tt y p e s d y n a m i c a l l y i tp a r t i t i o n sf u n c t i o n a l i t yi n t ot w o c o r et e c h n o l o g i e s ：f p g aa n d d s p w i t ht h ea i mo f i n c r e a s i n gt h em u d sf l e x i b i l i t ya n da f f o r d a b i l i t y ；! 堡圣堡奎兰堡圭兰堡篁兰 m o s to ft h ep r e v i o u sw o r ko nm u df o c u s e do nt h et e c h n o l o g yi t s e l fi n u n c o d e dc d m a s y s t e m s s i n c ei np r a c t i c e m o s tc d m as y s t e m se m p l o y e r r o rc o n t r 0 1c o d i n ga n di n t e r l e a v i n g t h ep e r f o r m a n c ew i l lb ed e g r a d e di f t a k i n gt h eh a r dd e c i s i o na st h ei n p u to fc h a n n e ld e c o d e r i ti sp r e f e r a b l et o p a s su n q u a n t i z e dv a l u e s o r “s o f t ”i n f o r m a t i o ni n t ot h ed e c o d e r c h a p t e r5 u s e st h ei d e ao ft u r b op r o c e s s i n g i n t e g r a t e sm u da n dc h a n n e ld e c o d i n g ，a n d j n t r o d u c e sd i f f e r e n tm e t h o d sf r o mt w od i r e c t i o n s t h ef i r s tm e t h o du t i l i z e st h es p e c i a l i t yo fs y n c h r o n i z ee q u i v a l e n tm o d e l ， a n d g e t st h eap r i o r ip r o b a b i l i t y w h i c hi sr e g a r d e da st h es o f li n f o r m a t i o na n d i m p o r t e dt ot h ed e c o d e r t h el o g l i k e l i h o o d r a t i o ( l l r 、p r o d u c e db yt h e d e c o d e ri sf e e d b a c kt ot h ef r o n te n dm u da f t e ri n t e r l e a v i n g t w os i m p l if l e d a l g o r i t h m sa r ei n t r o d u c e dt or e d u c et h el o a do f 如1 1 c o m p l e x i t ym e t h o d ：o n e u s e st h es o f td e c i s i o n o u t p u t f r o mt h e p r i o ri t e r a t i o n ，a n ds i m p l i f i e s t h e c o m p u t a t i o no f t r a n s i t i o np r o b a b i l i t yvi nm a - pa l g o r i t h mo fc h a n n e ld e c o d i n g ； t h eo t h e ru s e sm m s ef i l t e rt op r o c e s so nt h es i g n a l s ，w h o s ef e e d f o r w a r da n d f e e d b a c kw e i g h t sa r ec o m p u t e d 丘o mr e c e i v e ds i g n a la n dd e c o d e ro u t p u t t h e p r o d u c e ds o f td e c i s i o no u t p u ti st h e ni m p o r tt ot h ec h a n n e ld e c o d e r t og e tv a n o t h e rw a yi st op r o c e s sd i r e c t l yt ot h ea s y n c h r o n o u sm o d e l w ev i e w t h em u l t i u s e rc h a n n e la f t e rw h i t e n e df i l t e r i n ga sat i m e v a r y i n gc o n v o l u t i o n a l c o d e r t h es i n g l eu s e rt r a n s m i t t e r sa n dt h ec d m ac h a n n e la p p e a ra st h e c o n c a t e n a t e dc o d i n gs y s t e m ：t h eo u t e rc o d ei sc o n v o l u t i o n a lc o d eo rt u r b o c o d e s e t c ；t h ei n n e rc o d ei s d u et ot h ec d m ac h a n n e l t h em u da n d c h a n n e ld e c o d i n ga r ee a c hi m p l e m e n t e dw i t has i s o a l g o r i t h ma n do p e r a t ei n a ni t e r a t i v ef e e d b a c km o d e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w st h a tt h e s et w om e t h o d sc a na p p r o a c ht h e s i n g l eu s e rb o u n da f t e raf e wi t e r a t i o n s h o w e v e r ，i t e r a t i o nw i l lb r i n ga l o n g p r o c e s s i n gd e l a y ，a n dt h ec o m p l e x i t y n e e d st ob ef u r t h e rr e d u c e d a st h es u p e r i o rp e r f o r m a n c ea n dc a p a c i t yg a i ni tc a na c h i e v e ，m u dw i l l u n d o u b t e d l y b ea n i n d i s p e n s a b l ep a r to f f u t u r ec d m a s y s t e m s k e y w o r d s ：d i r e c t s e q u e n c e ( d s c d m a ) ，m u l t i u s e rd e t e c t i o n ( m u d ) ， t u r b op r o c e s s i n g ，s o f t - i n - s o f t o u t ( s i s o ) v c o d e - d i v i s i o n m u l t i p l e - - a c c e s s s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ( s d r ) ， 符号说明 a b c d m a 信道矩阵 比特判决输出 符号说明 c d m a s p r e a d i n g a n dc h a n n e lm a t r i x b i td e c i s i o no u t p u t 用户k 第，个信息比特t h i n f o r m a t i o nb i t f o ru s e r k i 比特内用户k 的第，条传输路径的衰落 c h a n n e la m p l i t u d ea tt i m eif o rk t hu s e ra n d t hp a t h 信道容量c h a n n e lc a p a c i t y a 的c h o l e s k y 分解矩阵c h o l e s k yf a c t o ro f a i 比特内用户k 的信道响应c h a n n e li m p u l s er e s p o n s ea tt i m eif o ru s e rk 用户数n u m b e ro f u s e r s 每用户传输路径数n u m b e ro f m u l t i p a t hf o re a c hu s e r 可靠因子 r e l i a b i l i t yc o n s t a n t 高斯白噪声向量g a u s s i a n w h i t e n o i s ev e c t o r 扩频增益 s p r e a d i n gg a i n 噪声功率谱密度n o i s ep o w e rs p e c t r a ld e n s i t y a 的正交基 o r t h o g o n a lb a s i so f a 接收信号向量 r e c e i v e ds i g n a lv e c t o r 编码码率c o d er a t e 相关矩阵c o r r e l a t i o nm a t r i x 时a 寡i j 的编码器状态 c o d es t a t ea tt i m e j 用户k 第比特的第t c 个c h i p 元素s p r e a d i n g c h i p t ca t t i m e j f o r u s e rk c h i p 周期c h i p w a v e f o r l t ld u r a t i o n 信息比特周期 i n f o r m a t i o nb i td u r a t i o n 每帧码元数n u m b e ro f i n f o r m a t i o nb i t sp e rf l a m e 编码器约束长度 c o n s t r a i n e dl e n g t ho f c o d e r 用户k 第个比特时信号幅度s i g n a la m p l i t u d ef o r b i t j 带宽 f r e q u e n c y b a n d w i d t h 用户幅度矩阵 u s e r s a m p l i t u d em a t r i x 第k 用户第，个比特的匹配滤波输出m a t c h e d f i l t e ro u t p u ta tt i m e j f o r u s e r k 匹配滤波输出向量 m a t c h e df i l t e ro u t p u tv e c t o r 高斯有色噪声向量 c o l o r e dn o i s ev e c t o r 前向概率 f o r w a r ds t a t ep r o b a b i l i t y 对数前向概率l o g o f f o r w a r ds t a t ep r o b a b i l i t y 反向概率 r e v e r s es t a t ep r o b a b i l i t y 万对数反向概率 y转移概率 l o go f r e v e r s es t a t ep r o b a b i l i t y t r a n s i t i o np r o b a b i l i t y ，0 ， d ， ，( ( m 洲 c f m k如。q，r r 母瓯代n m 。叭w w玑y：&酉 土童圣堡奎兰堡圭兰堡篁兰 少 对数转移概率l o g o f t r a n s i t i o np r o b a b i l i t y 2 女f用户k 的第，条传输路径衰落值的方差 v a r i a n c eo f k t hu s e ra n d ，t hp a t h sa m p l i t u d e r l k用户k 的渐近效率 a s y m p t o t i ce f f i c i e n c yo f u s e rk 玩用户k 的抗远近性 n e a r - f a rr e s i s t a n c eo f u s e r k o k , t ( i )i 比特内用户k 的第，条传输路径的相移 c h a n n e l p h a s e a tt i m eif o rk t hu s e ra n dn h p a t h x 遗忘因子 f o r g e t t i n gf a c t o r a d 先验对数似然比 a - p r i o r il o gl i k e l i h o o dr a t i o a e 外信息e x t r i n s i cl o gl i k e l i h o o dr a t i o a 时刻，的对数似然比 l o gl i k e l i h o o dr a t i oa tt i m e ， g n 2噪声n 的方差v a r i a n c eo f n o i s en t k用户k 的传输延时t r a n s m i t d e l a vf o ru s e rk 。女t ( i )i 比特内用户k 的第，条传输路径的延时 c h a n n e ld e l a ya tt i m eif o rk t hu s e ra n d ，t hp a t h a 唱参数值 a r g u m e n t o f v a l u ei ne x p r e s s i o n s c 复数域 c o m p l e xn u m b e rs p a c e d i a g a ) 以向量a 为对角元素的矩阵( 其余元素为零) d i a g a 由矩阵对角元素组成的向量 e 椰的期望 i n f ) 下确界 o dz 的阶 p ( )概率密度函数 p r f 概率 贸 实数域 r e 秆l 取实数部分 s g n ( x ) x 的符号 s u p f 上确界 m a k et h ed i a g o n a lf a c t o r sa sa ，a n de l s ez e r o m a k eav e c t o rf r o mt h e d i a g o n a lo f m a t r i x e x p e c t e dv a l u eo tx l a r g e s tl o w e rb o u n d ( i n f i m u m ) o r d 盯o f x p r o b a b i l i t yd e n s i t yf u n c t i o n p r o b a b i l i t y r e a ln u m b e r s p a c e t h ef e a lp a r to f x s i g no f x s m a l l e s tu p p e rb o u n d ( s u p r e m u m ) x ：从a 到b 之间的x 的部分向量p a r t i a lv e c t o r o f x b e t w e e naa n db t a n h 对数f 切函数 f 1转置 ( “复共轭转置 f - j逆 x yz v 维的集合空间 f ) 5世维向量空间 l o g a r i t h m i ct a n g e n tf u n c t i o n t r a n s p o s eo f m a t r i xo rv e c t o r c o m p l e x c o n j u g a t et r a n s p o s eo f m a t r i x i n v e r s eo f m a t r i x s e ts p a c eo f s i z e x b y y v e c t o rs p a c eo f l e n g t hk v i i 上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 d s c d m a 中的几个术语 这一天，你参加一场管弦音乐会，在现场，你将会听到各种不同乐器的合奏：虽 然它们不同的声音混杂在一起，但如果你仔细区别，可以分辨出每一种乐器。如果大 提琴提高它的音量，小提琴可能会被淹没在其中。同时，当有人在大厅罩走动或者小 声谈话时，会影响你收听的效果。如果你的位置较偏，只能通过扩音器罩传出的声音 束收听，但几个扩音器离你的距离有近有远，声音延时不同，互相影响，使你无法f 常收听。这时你可以把手放在耳朵后，注意收听某一方向扩音器的音乐，这样效果可 能会有所改善。 这个例子和实际的直接序列扩频码分多址( d s c d m a ：d i r e c ts e q u e n c ec o d e d i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 系统十分类似，我们由此引出几个专业术语： 扩频码( s p r e a d i n gc o d e ) ：不同乐器区别于其它的特征。在d s c d m a 系统中， 不同用户被唯一的扩频码调制，赋予了不同于其它用户的特征； 多址干扰o m u l t i a c c e s si n t e r f e r e n c e ) ：试图分辨一种乐器时，其它乐器的影响。 不同用户的信号在同一信道中传输，每个检测器收到的信号除了期望用户所发信 号外，还包括在时间和频率上互相重叠的其它用户信号以及噪声，对每个用户而 言，其它用户的信号相当于干扰信号，即多址干扰； 噪声( n o i s e ) ：人们走动和谈话的声音等。接收端背景噪声的来源可能是热噪声 等随机干扰； 远近效应( n e a rf a re f f e c t ) ：大提琴增大音量掩盖了小提琴的声音。由于各个信 源距接收机的距离远近不等，使得各用户信号到达接收端时功率有较大差异，其 中弱的信号容易被强信号所淹没，这就是所谓的远近效应。 多径效应( m u l t i p a t he f f e c t ) ：几个扩音器发出声音互相影响。在无线信道中，由 于反射和散射，信号会有多个不同的传播路线，每一条传输路线对应不同幅度、 相位、延时和到达方向，接收机将所有信号叠加会使预期信号产生变形： 接收分集( r e c e i v ed i v e r s i t y ) ：无线信道的多径衰落特性对数字通信系统的影响 主要体现在相应的时延扩展和由此引起的码间干扰上。若在接收端采用分集技 术，如：r a k e 接收机、天线分集等，将多条路径的信号进行有选择的合并，可 以提高在不利条件下的接收性能。而放在耳朵后面的手类似于有向天线或波束成 形，可以有方向性地选择合并接收信号。 第一章绪论 2 问题的由来和研究意义 码分多址( c d m a ) 是以扩频通信为基础的多址技术，相对于时分多址( t d m a ) 、 频分多址( f d m a ) 等其它多址方式而言，它具有系统容量大、频带利用率高、抗干 扰能力强、抗多径衰落能力强、保密性能好等优越性。直接序列扩频码分多址 ( d s c d m a ) 是目前应用最广泛的码分多址技术，可以应用于多种蜂窝通信业务， 如：个人通信、移动通信和室内无线网等，也是被普遍认为是第三代移动通信系统的 主流空中接口。 c d m a 系统是干扰受限系统，其容量优势只有在很好地解决了干扰问题后才能得 到体现。c d m a 系统中，由于多用户共用宽频带，各用户信号问的非严格f 交带来 的多址干扰( m a i ) 是影响接收可靠性的一个主要因素。 m a i 的抑制可以通过选择互相关性能好的扩频码，结合功率控制、纠错编码等 来进行。目前商用的c d m a 通信系统中主要采用功率控制技术来处理多址干扰问题， 通过减小多址信号彼此间的影响来提高系统容量，但是功率控制的方法并没有从接收 信号中真j 下去除m a i ，只能暂时缓解这种矛盾，不能从根本上解决问题：另一方面， 由于信号在移动通信信道中呈现瑞利衰落，功率控制系统无法补偿由快衰落引起的信 号功率的变化，特别是当移动台速度很快时，功率控制技术会失效。而多用户检测认 为m a i 与白噪声具有互不相同的统计特性，m a i 是可估计、可再生、可去除的：它 通过挖掘有关干扰用户的信息来消除多址干扰，进而提高信号检测的稳定性，不再像 传统检测器那样忽略系统中其它用户的存在。同时，多用户检测可以比传统检测器更 好地对抗远近效应，改善接收性能。 1 9 8 6 年s v e r d f i 首次系统地对c d m a 系统的抗m a i 问题进行了研究，根据最大 似然序列检测，提出了高斯信道下异步c d m a 系统的最佳多用户信号检测器【l oj ，它 由一组匹配滤波器和维特比( v i t e r b i ) 算法组成；并给出衡量多用户信号检测器性能 的一些重要参量，如：效率( e f f i c i e n c y ) 、渐近效率( a s y m p t o t i ce f f i c i e n c y ) 和抗远 近性( n e a r f a rr e s i s t a n c e ) 等。最佳多用户检测器的性能比传统检测器大有改善， 可以获得最低的误码性能，但维特比算法的复杂度与用户数成指数关系，计算量大而 无法实现。随后人们提出了大量较低运算复杂度和较好性能的次佳多用户检测方案， 主要分为两大类：线性多用户检测和非线性多用户检测，将在后文加以介绍。 实际的c d m a 系统常常包括信道编译码和交织解交织等过程，但在很长时间 内，多用户检测器的设计只是将信道编码视为附加的增益，而不是作为多用户检测的 一部分。越来越多的专家学者们不再认为信道编码仅是一种附加的性能增益，每一用 户的信道码具有其固有的结构，当这些信息被所有用户共享并且利用时，可以产生很 大的性能改善。最近有一些学者将解码与多用户检测相结合，采用软输出多用户检测， 为解码过程产生合适的量度( m e t r i c ) ，通过迭代逼近单用户性能l j 。j 。 上海交通大学硕士学位论文 3 第三代移动通信系统的新特征及关键技术 这一节首先简单介绍第三代移动通信系统的几种宽带c d m a 方案，并探讨其可 能对多用户检测的影响。 3 1 i m t 2 0 0 0 的目标及参数 早在1 9 8 5 年，国际电联( i t u ) 就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为 未来公共陆地移动通信系统( f p l m t s ) ，后考虑到该系统预计在2 0 0 0 年左右商用， 且工作于2 0 0 0 m h z 频段，故1 9 9 6 年应日本等国家的建议，更名为i m t 一2 0 0 0 。 第三代移动通信系统i m t 一2 0 0 0 是一个综合系统，包括地面系统和卫星系统，构 成海陆空三维的服务面，包括话音、数据、视像、i s d n 和多媒体等多种业务，以及 从小于5 0 m 的微微小区到大于5 0 0 k m 的卫星小区，有多种空中接口和接入方式，可 向高速与慢速移动的用户提供服务，是一个覆盖全球的、具有高度智能和个人服务特 色的移动通信网( 见图1 1 ) 。 i m t 2 0 0 0 空中接口的主要目标可以摘要介绍如下博j ： 全覆盖和移动，比特率为1 4 4 k b p s ，最佳比特率为3 8 4 k b p s ； 有限覆盖和移动，比特率为2 m b p s ； 与现有系统相比，有更高的频谱利用率； 可以很灵活地引入新的业务。 图1 - 1 第三代移动通信系统运营环境 f i g 1 - 1e n v i r o n m e n to f 3 g m o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s 根据i t u 的要求，各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统方 案，影响较大的主要有欧洲e r i c s s o n 、s i e m e n s 、a l c a t e l 等公司提出的u m t s 方案9 】； 第一章绪论 美国l u c e n t 、m o t o r o l a 等公司提出的w - c d m a o n e ( 后更名为c d m a 2 0 0 0 ) 呻1 ；同本 d o c o m o 公司为首提出的w c d m a 方案 。它们都采用宽带传输和c d m a 技术。 c d m a 2 0 0 0 主要由i s 9 5 和i s 一4 l 标准发展而来，它与a m p s 、d a m p s 和i s 一9 5 都有 较好的兼容性，同时又采用了一些新技术，使其能满足i m t 2 0 0 0 的要求。欧洲的 u m t s 和日本的w c d m a 正逐渐融合，在欧洲电信标准化协会e t s i 的s m g 2 会议 上，各国代表也已就w c d m a 和t d c d m a 两种方案进行了投票，并就两种方案的 应用达成一致，形成现在的u t r a ，即在对称频段( f d d 模式) 采用w c d m a 技术， 在非对称频段( t d d 模式) 采用t d c d m a 技术【l “。 表1 1 列出了w c d m a 和c d m a 2 0 0 0 两种系统的基本参数以及无线传输技术 ( r t t ：r a d i ot r a n s m i t t e c h n o l o g y ) 的比较。 表1 - 1w c d m a 与c d m a 2 0 0 0 的参数比较 t a b l el 一1 c o m p a r i s o n o np a r a m e t e r sa n dr r ro f w - c d m aa n dc d m a 2 0 0 0 r t t 特性 及参数 w - c d m ac d m a 2 0 0 0 信道带宽 1 2 5 5 1 0 ，2 0m h z1 2 5 5 1 0 1 5 2 0m h z c h i p 速率 1 0 2 4 4 0 9 6 81 9 2 1 6 3 8 4m c p sl2 2 8 8 3 6 8 6 4 7 3 7 2 8 1 1 0 5 9 2 1 4 7 4 5 6 m c p s 帧长1 0m s 2 0 m s ( 可选) 2 0 m s 为数据和控制： 5 m s 为基本和专用控制信道上的控 制信息 基站问同步异步同步 数据调制q p s k ( r 行) b p s k ( 上行) q p s k ( 下行) b p s k ( 上行) 扩频调制 q p s k ( f 行) q p s k ( 上行)q p s k ( f 行) q p s k ( 上行) 圩融 可变k 度的正交序列进行信道划分：可变长度w a l s h 序列进行信道划分： ( 下行链路)g o l d 序列2 ”区分小区和用户( 周期m 序列2 ”( 在不同小区使川有时间 1 0 m s ) 偏移的同一序列，在i 和q 信道使川 不同序列) 扩展可变长度的正交序列进行信道划分：可变k = 度的止交序列匣分信道； ( 上行链路)短码是长为2 5 6 的v k k a s a m i 码，m 序列2 4 1 1j l j 米区分引户( 不同州 k = 码为2 4 的g o l d 序列( 在i 和q 户有不同的时间偏移) 信道有不同的时间偏移，周期 1 0 m s ) ，以区分用户 扩展因子 4 2 5 64 2 5 6 多速率可变扩展和多码可变扩展和多码 功率控制 开环平| | 映速刚环( 1 6 k b p s )开环和快速闭环( 0 ，8 k b p s ) 信道编码 卷积码( r = l 3 ，1 2 ；k = 9 ) ： 卷积码( r = l 2 ，i 3 ，1 4 ；k = 9 ) 外r s 码( r = 4 5 ) + 交织+ 内卷积码；t u r b o 码( r = l 2 ，1 3 ，1 4 ；k = 4 ) t u r b o 码( r = l 3 ，1 2 ) 4 上海交通大学硕士学位论文 3 2 宽带c d m a 系统的关键技术 在未来宽带c d m a 系统中，非理想情况和多业务种类同时存在的情况下，信道 特征和多用户干扰的特征将会有较大的改变：同时。系统中引入的其它技术方案也会 对多用户检测带来影响，故需要对多用户干扰的模型进行探讨，对多用户检测方法进 行合理的改进。 首先，下行信道与上行信道有着不同的特性，影响到多用户检测方案的设计。上 行链路是异步的( 不同用户的起始传输时刻和传输时间长短彼此独立) 。小区范围为 i k m 3 0 k m 时，传输时延范围是3 1 0 0 us ，会带来不可忽略的符号间干扰( i s i ) 。 下行链路是同步的，与基站不同，移动台只需检测其本身的信号。通常情况下，下行 链路使用正交码扩频，但是多径效应会在一定程度上破坏正交性，对多用户检测产生 影响。户外系统中的多径扩展一般可以从几us 到2 0 us 左右。而实际系统中的多用 户检测还需考虑到以下一些技术的影响： ( 1 ) 信道编码 对不同的误码率要求和不同业务采用不同的信道编码方式，就w c d m a 而黾 它的信道编码分别为： 卷积码：用于误码率为1 0 0 级别的业务，典型的有传统的话音业务。 外r s 码+ 外交织+ 卷积码：典型应用是用于误码率为1 0 6 的业务中。r s 码的优点 是有系统的编码理论基础，技术成熟；与t u r b o 码相比，其缺点是硬件复杂，可 能会引入较大的时延。 t u r b o 码：用于高数据率、高质量业务的备选方案。它的优点有性能接近香农限、 译码算法的硬件实现较串行级联码简单等。缺点是目前缺乏理论依据，它的性能 分析都是建立在仿真的基础上，有可能引入较大的时延。 业务专用编码( 例如某些类型的话音编解码的不等纠锚保护) ：允许采用以上编 码方案外的其它编码方案。 ( 2 ) 多速率方案 - - 1 - 4 系统根据不同的业务质量要求而提供不同的数据速率。目前采用的多速率体 制主要有： 多处理增益系统( m u l t i p r o c e s s i n g g a i ns y s t e m s ) ：系统的c h i p 速率固定，扩频带宽 恒定，不同的信息速率有不同的扩频增益。例如：双速率系统可以看成是单用户 系统，高速率用户相当于几个独立的低速率用户。 多c h i p 速率系统( m u l t i c h i p r a t es y s t e m s ) ：系统的扩频增益恒定，不同的信息速 率对应不同的c h