（通信与信息系统专业论文）wcdma上行链路低延时多用户检测接收机研究.pdf

电子科技大学硕士学位论文 中文摘要 厂 、( 当前全球范围内第三代移动通信( 3 g ) 的关键技术研究，如多址技术、信道编 码、功率控制、智能天线技术、切换技术以及联合多用户检测技术等，均获得了重大 突破；在少数技术领先的国家，已经开通了第三代移动通信的商业服务。多用户检测 技术作为第三代移动通信系统的关键和核心技术之一，能有效地抑制多址干扰，极大 地改善系统性 降低系统的性 技术标准的演 对三种主流 议标准演进进行简介 然后重点阐述当前多用户检测技术的最新发展动态。目前相关领域对于低延时多用户 接收机的研究成果很少，本章第二节简要分析了影响多用户检测接收机延时的主要因 素，并提出了解决基带接收机延时过大难题的基本思路。 本文第二章对在多速率多用户情况下的分组串、并行结合干扰对消多用户接收机 的发射机模型、接收机模型和干扰对消原理进行了简单的技术总结，在此基础上，指 出了影响w c d m a 基带接收机延时的因素：用户多速率分组和串行干扰对消过程导致的 延时，基于t f c i 控制字检测传输格式导致的延时，和信道估计过程导致的延时。本文 提出了多用户速率分组优化方案的基本思路：同时重点解决t f c i 控制字检测传输格式 所带来的无法避免的高延时量。为此，本文第三章首先详细分析了传统的基于t f c i 的传输格式检测流程和其导致的延时茸传输格式检测不通过控制信道t f c i 控制字来 实现盲检测得到传输格式，不仅大大节约了系统资源的开销，而且在正确检测的同时 也避免了检测延时。盲传输格式检测的重点和突破口是盲扩频因子检测，在第四章， 提出了三种盲扩频因子检测算法，并重点针对f d d w c d m a 上行链路，详细分析了白相 关盲扩频因子检测算法、该算法充分利用接收信号的相关性对扩频因子信息进行检测。 本章对自相关盲扩频因予检测算法，包括其数学模型、算法流程和判决准则进行了数 学建模和分析，并且从理论上得到盲扩频因子检测的检测错误概率和对接收机误码率 影响的数学形式。同时，本章还分析了盲传输格式检测流程和时延减少的关系。 针对信道估计采用一阶线性内插方法所带来的信号处理延时0 本文第五章提出了 w c d m a 改进的一阶线性预测信道估计方法，采用适当的线性预测算法，能够将信道估 计带来的延时减小到接近为零。但是该方法仅适用于慢衰落信道环境下；在快衰落信 道环境时，无法保证信道估计的准确性。 第六章将本文提出的自相关盲扩频因子检测算法应用于f d d w c d m a 上行链路系统 中进行了理论分析和仿真对比。基带接收机采用部分干扰对消接收机模型。“。数值分 w c d m a 上行链路低延时多用户检测接收机研究 析和仿真对比的重点是盲扩频因子检测算法对信噪比的敏感度，以及与盲检测窗口长 度的关系。理论分析和仿真对比表明，盲扩频因子检测算法在多径衰落环境下，能够 不通过t f c i 控制字而获得满意的传输格式检测效果，同时，极大地减小基带接收机传 输格式检测的延时。最后，第七章进行了总结，并提出了待解决的问题。 关键词：多用户检测，混合干扰对消，低延时接收机，传输格式检测，t f c i ，盲 扩频因子检测，检测错误概率 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , m u c hp r o g r e s sh a sb e e ng a i n e do nt h eg l o b a lr e s e a r c hf o c u s i n go n t h ek e y t e c h n o l o g i e s o ft h e3 ”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 ，f o ri n s t a n c e ，m u l t i p l e a c c e s s s c h e m e s ，c h a n n e lc o d i n g ，p o w e rc o n t r o l ，s m a r ta n t e n n a ，h a n d o v e rt e c h n o l o g y a n d m u l t i u s e r d e t e c t i o n ，e t c a st h e k e r n e l t e c h n o l o g y o ft h ec d m as y s t e m ，m u l t i u s e r d e t e c t i o n p l a y s a n i m p o r t a n t r o l ei n s u p p r e s s i n g t h em u l t i a c c e s si n t e r f e r e n c e sa n d i m p r o v i n gs y s t e mc a p a c i t y o nt h ec o n t r a r y ，i n t o l e r a n th i g hd e l a yi ns i g n a lp r o c e s s i n gi s a l s oi n e v i t a b l e ，w h i c hr e s u l t sf r o mt h ef o l l o w i n gf a c t o r s ：t h em u l t i r a t eg r o u p i n gs t r a t e g yo f t h es u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n ( s i c ) s c h e m e ，t h ed e l a yc a u s e db yt h et r a n s p o r t f o r m a td e t e c t i o nt h r o u g ht f c io nd p c c h sa n dc h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o d s a n dt h e e m p h a s i so ft h e t h e s i si st o a n a l y z et h e o r e t i c a l l ya n ds i m u l a t et h ep e r f o r m a n c eo ft h e a u t o c o r r e l a t i o nb l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o n ，w h i c hd e c r e a s e st h es i g n a l p r o c e s s i n g d e l a yg r e a t l y i nt l e 4 “c h a p t e r s e v e r a lk i n d so fb l i n ds p r e a d i n gf a c t o r d e t e c t i o na l g o r i t h m sa r e b r o u g h tf o r t h ，i n c l u d i n go p t i m a ls p r e a d i n g f a c t o rd e t e c t i o n ，a u t o c o r r e l a t i o nb l i n ds p r e a d i n g f a c t o rd e t e c t i o na n ds s mb l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o n t h em a t h e m a t i cm o d e lo ft h e a u t o c o r r e l a t i o nb l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o na l g o r i t h mi sp r e s e n t e dw i t ht h et h e o r e t i c a l a n a l y s i sa n dt h ed e c i s i o nr u l e t h ec l o s e dd e r ( d e t e c t i o ne r r o rr a t e ) a n db e re x p r e s s i o n a r ea l s og i v e nt oi n d i c a t et h ei m p a c to fb l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o no nt h em u l t i u s e r d e t e c t i o n i nt h ee n d ，t h eb l i n dt r a n s p o r tf o r m a td e t e c t i o nf l o w sa r ep r e s e n t e d t h el o w d e l a yb l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o ne m p l o y i n gi nt h eg s p i cb a s e b a n d r e c e i v e ri ss t u d i e db yn u m e r i c a la n a l y s i sa n dc o s s a ps i m u l a t i o ne x p e r i m e n t t h er e s u l t s o b t a i n e df r o ms i m u l a t i o ns h o wt h a tt h ea u t o c o r r e l a t i o nb l i n ds fd e t e c t i o ni ss t i l lr o b u s ti n t h er a y l e i g hm u l t i p a t hf a d i n ge n v i r o n m e n t s ，w h e nt h ev a l u eo fs i g n a l p o w e rt o n o i s e p o w e rs p e c t r u md e n s i t y i sn o tt o ol o w a n da l s o ，t h e o p t i m a l b l i n d s p r e a d i n gf a c t o r d e t e c t i o nw i n d o w , w h i c hi sa p p r o x i m a t e l yf o u rt i m es l o t si ng e n e r a l ，m a k e st h ed e ra n d t h eb e r p e r f o r m a n c e so f t h eb l i n dd e t e c t i o na l g o r i t h ms a t i s f i e d ，w h i l et h ed e t e c t i o nd e l a y h a sb e e nr e d u c e df r o ma t1 e a s to n ed a t af l a m et of o u rt i m es l o t s a tt h ee n do ft h ec h a p t e r t h eb e r p e r f o r m a n c e so fg s p i cr e c e i v e re m p l o y i n gb l i n dd e t e c t i o nm e t h o d sa r ea n a l y z e d a n d c o m p a r e d ，o n t h ec o n d i t i o n so f s i n g l eu s e ra n dm u l t i u s e r s ，r e s p e c t i v e l y t h ec o n c l u s i o n sa r ed r a w ni nt h el a s t p a r t o ft h et h e s i s w h i c ha l s o p o i n to u tt h e a n c o n c e r n e df a c o t o r si n f l u e n c i n gt h e h i g hd e l a y i nt h eb a s e b a n dr e c e i v e r w c d m a 上行链路低延时多用户检测接收机研究 k e y w o r d s ：m u l t i u s e r d e t e c t i o n ，g s p i c ( g r o u p w i s e s u c c e s s i v ea n dp a r a l l e l i n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n ) ，l o w - d e l a yr e c e i v e r , t r a n s p o r t f o r m a t d e t e c t i o n ，t f c i ( t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o ni n d i c a t o r ) ，b l i n ds p r e a d i n gf a c t o rd e t e c t i o n ，d e t e c t i o n e r r o rr a t e ，b i te r r o rr a t e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，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，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书面使用过的材料。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 说明并表示谢意。 签名：蕴边日期：细掉3 月7 牛日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) w c d m a 上行链路低延时多用户检测接收机研究 图2 1 图2 2 图3 1 图4 。1 图4 2 图4 3 图4 4 图5 1 图5 2 图5 3 图6 1 图6 2 图6 3 图6 4 图6 5 图6 6 图6 7 图6 8 图6 - 9 图6 1 0 图6 。1 1 图6 1 2 表3 1 表3 2 表3 3 表4 1 表6 1 图表目录 w c d m a 上行链路发射机模型 w c d m a 干扰对消多用户接收机模型 t f c i 控制位的信道编码过程 平方和平均盲扩频因子检测示意图 平方和平均盲扩频因子检测积分区间示意图 盲传输格式检测流程示意图 o v s f 码字生成树 w c d m a 信道估计算法过程 w c d m a 上行链路双时隙内插信道估计时序图 低延时信道预测估计算法时序图解 盲扩频因子检测窗口长度对d e r 影响数值结果 e b n 0 对盲扩频因子检测d e r 影响数值结果 基带接收机( 含盲扩频因子检测) c o s s a p 仿真图 盲扩频因子检测算法仿真示意图 盲s f 检测错误概率与检测窗口长度关系仿真曲线( 无编码) 盲s f 检测错误概率与e b n 0 关系曲线( 无编码) 盲s f 检测错误概率与e b n 0 关系仿真曲线 盲s f 检测错误概率与检测窗口长度关系( 卷积编码) 单用户情形下b e r b l e r 性能( b e r e b n 0 ) 单用户情形下b l e r 性能( b l e rn ) 单速率用户情形下误码率性能 多速率情形下误码率性能 ( 3 2 ，10 ) t f c i 编码基本序列表 c t f c 和t f c i 的计算举例 d c h 传输格式( t f ) 属性值 w c d m a 上行链路d p d c h 传输格式 多速率多用户误块率仿真数据 墙筋”“舵甜：2卯醯雒加记 ”嬲”鼹陀 电子科技大学硕士学位论文 a w g n b e r b s c t f c c p d p c c h d p d c h d s c d m a f d d g s p i c h i c i c i i s i m a i m a p m i c m l m i p m l s d m m s e m r c m u d o v s f p e d p i c p r a c h q p s k 缩略语 a d d i t i v ew h i t eg a u s s i a nn o i s e 加性白高斯噪声 b i te r r o rr a t e 比特误码率 b a s es t a t i o n 基站 c a l c u l a t e dt r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n 传输格式组合计算值 c h i pp e r i o d码片周期 d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l 专用物理控制信道 d e d i c a t e dp h y s i c a ld a t ac h a n n e l 专用物理数据信道 d i r e c t s e q u e n c ec o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 直接扩频码分多址 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x频分双工 g r o u p w i s es u c c e s s i v e & 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 分组串并行干扰抵消技术 h y b r i di n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n混合干扰对消技术 i n t e r - c h a n n e li n t e r f e r e n c e 信道间干扰 i n t e r s y m b o li n t e r f e r e n c e符号间干扰 m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e多址干扰 m a x i m u map o s t e r i o r ip r o b a b i l i t y 最大后验概率 m u l t i s t a g ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n多级干扰对消 m a x i m u ml i k e l i h o o d 最大似然 m u l t i p a t hi n t e n s i t yp r o f i l e多径强度分布 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 i o n 最大似然序列检测器 m i n i m u mm e a n s q u a r e de r r o r 最小均方误差 m a x i m u mr a t ec o m b i n a t i o n 最大比合并 m u l t i p l eu s e rd e t e c t i o n多用户检测 o r t h o g o n a lv a r i a b l es p r e a d i n gf a c t o r正交可变扩频因子 p o l y n o m i a le x p a n s i o nd e t e c t i o n多项式扩展检测器 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 并行干扰抵消技术 p h y s i c a lr a n d o ma c c e s sc h a n n e l物理随机接入信道 q u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g四阶相移键控 w c d m a 上行链路低延时多用户检测接收机研究 s f s n r s i s i c s i r t f t f c t f c i t p c t r c h t s t t i u e u l u m t s u t r a n w c d m a w m s a w o p p i c s p r e a d i n gf a c t o r 扩频因子 s i g n a lt on o i s er a t i o 信噪比 s e l f - i n t e r f e ：r e n e e自干扰 s u c c e s s i v ei n t e r f e r e n c ec a n c e l l a t i o n串行干扰抵消技术 s i g n a lt oi n t e r f e r e n c er a t i o 信干比 t r a n s p o r tf o r m a t 信道传输格式 t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n 传输格式组合 t r a n s p o r tf o r m a tc o m b i n a t i o n i n d i c a t o r 传输格式组合指示位 t r a n s m i tp o w e rc o n t r o l发射功率控制 t r a n s p o r tc h a n n e l 传输信道 t i m es l o t时隙 t r a n s p o r tt i m ei n t e r n a l传输时间间隔 u s e re q u i p m e n t用户设备 u p l i n k ( r e v e r s el i n k )上行( 反向) 链路 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 ss y s t e m 通用移动电信系统 u n i v e r s a lt e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k 全球地面无线接入网 w i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址 w e i g h t e dm u l t i p l e x e d - s l o ta v e r a g i n g加权多时隙平均 w e i g h t e d o p t i m i z i n gp a r t i a lp a r a l l e li n t e r f e r e n c e c a n c e l l a t i o n 权值优化的部分干扰对消 电子科技大学硕士学位论文 b n ，b k ( f ) ( f ) ，醪( t ) 局。 p k 瓯，。( r ) ，瓯，。( t ) g 。( t ) 反( r ) ，g ( f ) 瓯( f ) s 。( r ) 主要符号 用户k 的二进制数据比特 用户k 信号的数据和控制部分 用户数据信号的码片能量值 用户k 的数据和控制信道的能量比值 用户k 的d p d c h 和d p c c h 的扩频序列 用户k 的扰码序列 用户k 扰码序列的实部和虚部 用户k 扩频加扰后的基带信号 用户k 载波调制后的发射信号 载波的频率和初始相位 吼，( f ) ，o k ，( f ) ，t ，( r ) 用户k 第z 条径幅度衰落，相位衰落及传播时延 接收机接收信号 幅度为持续时间为丁的矩形脉冲 均值为0 ，功率谱密度为0 2 的加性白高斯噪声 用户k 第，径相干解调输出( 未加信道衰落补偿) 不含信道衰落补偿的统计判决 不含信道衰落补偿的白干扰 不含信道衰落补偿的用户间多址干扰 0 0 ， ， 一 刚 “ 所 以 u u u u w c d m a 上行链路低延时多用户检测接收机研究 d e r 曩5 ) 不含信道衰落补偿的噪声干扰项 信道估计积分所需的导频符号个数 同一用户其他径对当前径干扰系数 不含信道衰落补偿的第k 个用户的r a k e 接收信号 第仲，砂条径信道衰落补偿后r a k e 接收机接收信号 第k 个用户信道衰落补偿后r a k e 输出信号 第s 级干扰抵消后的剩余信号 第s j 级用户“的干扰再造信号 用户k 第f 径信号衰落及其估计值 用户k 第，径再造干扰信号的部分对消系数和估计值 第一级用户k 第，径第n 个数据符号统计判决量 盲扩频因子检测窗口长度 假定扩频因子为m 。m 4 时盲检测窗口内的自相关判 决量 盲扩频因子检测的错误检测概率 用户k 第s 级r a k e 合并后的误码率 ， 戌 ， 硝 ， m 撕 ” 撕 ， 。 舢 u 州啪龇掣 观 艰 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 在过去的十年里，世界范围内的移动通信技术以前所未有的高速度发 展和演进。第三代移动通信系统的逐步实现和移动通信与互联网的融合， 使无线数据传输速率可高达2 m b i t s ，全球正在迅速向着移动通信时代迈 进。第三代移动通信系统将是全球范围内覆盖和使用的系统，使用共同的 频段，全球同一标准；它具备支持多媒体业务的功能，特别是支持1 1 3 t e r n e t 业务，其在室内环境的最高传输速率可达2 m b i t s ：它便于从第二代移动 通信网络的基础上过渡，并能与固定网兼容；它频谱效率和服务质量高， 成本低，且具有高保密性。 1 1 第三代移动通信技术现状 第三代移动通信系统的概念是国际电信联盟( i t ut g 8 1 ) 早在1 9 8 5 年提出的工作在2 0 0 0 m h z ，预期于2 0 0 0 年左右商用的无线通信系统，最初 被命名为f p l m t s ( 未来公共陆地移动通信系统) ，后在l9 9 6 年更名为 i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lt e le c o m m u n ic a t i0 n2 0 0 0 ) 。第三代移动通信系 统的设计目标是：全球范围内设计上的高度一致性；与固定网络各种业务 的相互兼容；高服务质量；具有全球漫游能力；支持多媒体功能和广泛业 务的终端。为了实现上述设计目标，对第三代无线传输技术( r t t ) 提出了 支持高速多媒体业务( 高速移动环境：14 4 k b ps ；室外步行环境：3 8 4 k b ps ； 室内环境：2 m b p s ) ，频谱效率高于现有技术等基本要求。 国际电联在第三代移动通信技术标准的形成和融合中一直起着领导和 引导的作用。其下属的两大机构，即i t u r 的w p s f 和i t u t 的w p 3 分 别进行无线和核心网的研究。除i t u 之外，两个跨区域标准化组织联合体， 即两个第三代伙伴项目3 g p p ( 由欧洲e t s i 、日本a r i b t t c 、美国t l 、韩 国t t a 和中国c w t s 构成) 和3 g p p 2 ( 由日本a r i b t t c 、美国t 1 a 、韩国t t a 和中国c w t s 构成) 分别进行详细的标准化工作。其中，3 g p p 主要制定基 于g s mm a p 核心网、w c d m a 和c d m at d d 为无线接口的标准，称为u t r a 。3 g p p 标准的制定是分阶段进行的，从9 9 版本开始，目前已经演进到r 5 版本。 而3 g p p 2 主要制定基于a n s i 一4 1 核心网、cd m a 2 0 0 0 为无线接口的标准。 3 g p p 2 的标准化也是分阶段进行的，而且第二代与第三代之间无论无线还 是核心网部分都是平滑过渡的。到目前为止，第三代移动通信形成了三种 第一章引言 主流标准：即w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和我国自主提出的t d d 方式的t d s c d m a 。 三种主流标准的技术细节已较为成熟，其商用化进程已大大加快。 1 1 1 第三代移动通信技术的主流标准 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 是3 g 的三种主流标准。本节重点论述 第三代移动通信系统主流标准之一的w c d m a f d d 制式的技术特点、技术优 势和标准演进过程。 i i 1 1w c d m a 技术 w c d m a f d d 制式的主要技术特征有：第一，支持异步和同步的基站同 步方式，组网灵活；第二，信号带宽为5 m hz ，码片速率为3 8 4 m b p s ，发射 分集方式有t s t d ( 时间切换发射分集) 、s t t d ( 时空编码发射分集) 和f b t d ( 反馈发射分集) ，信道编码方式为t u r b 0 码和卷积编码，支持2 m 速率的 数据业务；第三，上行调制方式为b p s k ，下行调制方式为q p s k ；第四，功 率控制方式采用上下行闭环功率控制和外环功率控制；第五，解调方式为 导频辅助的相干解调方式：第六，语音编码方式为a m r 方式，与g s m 兼容； 第七，核心网络基于g s m g p r s 网络的演迸，并保持与g s m g p r s 网络的兼 容：第八，m a p 技术和g p r s 隧道技术是w c d m a 系统的移动性管理机制的核 心，保持与g p r s 网络的兼容性；第九，无线资源管理支持软切换和更软切 换；第十，基站无须严格同步，组网方便。 w c d l i i a f d d 的技术优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性 分集和空间的接收和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题；采用t u r b o 信道编解码，可以提供较高的数据传输速率；f d d 制式能够提供广域的全 覆盖，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基站之间严格同步； 采用连续导频技术，可以支持高速移动终端。相对于第二代移动通信系统， w c d m a f d d 制式具有更大的系统容量，更优的语音质量，更高的频谱效率， 更快的数据速率，更强的抗衰落能力，更好的抗多径性能，能够应用于高 达5 0 0 k m h 的高速移动终端，并且能够保证从g s m 系统进行平滑过渡。 目前3 g p p 已经完成w c d m a f d d 制式三个协议标准版本的定稿，分别是 r 9 9 、r 4 和r 5 ，其中最新的r 5 版本的定稿完成于2 0 0 2 年6 月。r e l e a s e9 9 ( r 9 9 ) 版本是从1 9 9 9 年l2 月起，每三个月更新一次，至2 0 0 0 年6 月版 本基本稳定，可供开发。9 月份、1 2 月份和2 0 0 1 年3 月份版本更加完善： 无线接入网络的主要接口i u 、l u b 、i u r 接口均采用a t m 和i p 方式，网络 是基于a t m 的网络，核心网是基于演进的g s mm s c 和g p r sg s n ：电路与分 2 电子科技大学硕士学位论文 组交换节点在逻辑上分开。接入部分主要定义了全新的5 m h z 的宽带码分多 址接入网，采用功率控制、软切换及更软切换等c d m a 关键技术；基站只进 行基带处理和扩频，接入系统智能集中于r n c 统一管理；引入了适于分组 数据传输的协议和机制，数据速率可支持1 4 4 k b p s 、3 8 4 k b p s ，理论上可达 2 m b p s 。基站和r n c 之间采用基于a t m 的i u b 接口。r n c 分别通过基于a t m a a _ l 2 的iu c s 和a a l 5 的i u p s 分别与核心网的c s 域和p s 域相连。从系统角 度来看，系统仍然采用分组域和电路域分别承载与处理的方式，分别接入 p s t n 和公用数据网。在核心网定义的过程中，r 9 9 充分考虑到了向下兼容 g p r s ，其电路域与g s m 完全兼容，通过编解码转换器实现话音由a t m a a l 2 至6 4 k 电路的转换，以便与g s m m s c 互通。分组域仍然采用了g p r s s g s n 和 g g s n 的网络结构，相对于g p r s ，r 9 9 增加了服务级别的概念，提高了分组 域的业务质量保证能力，增加了带宽。 r 9 9 版本技术较为成熟，互联互通测试基本完成，充分考虑了对现有 g s m g p r s 网络的向下兼容，但也导致其存在如下缺点：由于考虑向下兼容， 核心网的发展滞后于接入网，接入网已分组化的a a l 2 话音仍须经过编解码 转换器转化为6 4 k 电路，降低了话音质量，核心网的传输资源利用率低。 核心网仍采用t d m 技术，不利于新业务的开发。分组域和电路域两网并行， 不仅投资增加，而且网管复杂程度提高，网络未来维护费用较高，演进思 路不清晰。网络智能仍然基于节点，全网新业务部署仍需逐点升级，耗时 且成本高。 r 4 版本相对于r 9 9 版本，无线接入网的网络结构没有改变，部分接口 协议特性有所改变，功能得到增强。r 4 的核心网电路域变化则较大。r 5 版本于2 0 0 2 年6 月定稿。无线接入网引入了i p u t r a n 和h s p d a 的概念，核 心网则引入了i m s ( i p 多媒体子系统) 的概念。 1 1 1 2c d m a 2 0 0 0 技术 c d m a 2 0 0 0 技术标准由韩国和美国等共同提出，其核心网是基于 a n s i 一4 1 的演进。c d m a 2 0 0 0 的主要技术特点是反向信道连续导频，相干解 调，前向发送分集，电磁干扰影响小，与i s 一9 5 的兼容性好。 1 1 1 3t d s c d m a 技术 t d s c d m a 技术是由我国自主提出、拥有全部知识产权的t d d 方式的3 g 技术标准。t d s c d m a 的核心网采用g s m m a p ，在技术特征上，t d s c d m a 采 用了同步c d m a 技术、多用户联合检测、智能天线、软件无线电和非对称传 第一章引言 输技术，在频谱资源和系统容量上具有较为明显的优势。t d s c d m a 技术是 全球主流3 g 技术标准中唯一的工作于t d d 方式的制式。 i i 2 多用户检测技术研究概况及最新进展 i 1 2 1 多用户检测技术研究概况 在c d m a 系统中，所有的用户占用相同频段和相同时段的无线信道进行 通信” 【。c d m a 系统是干扰受限系统，其容量和性能主要受到多址干扰的 限制。传统的c d m a 系统将多址干扰作为加性噪声进行处理，利用各用户 扩频码序列之间的准正交性来实现各用户信号的分离，可以采用单用户接 收机中的匹配滤波器来实现此信号分离过程”“7 “。在理想的信道化码的 设计中，各用户的扩频码序列之间完全正交，多用户接收机可以实现理想 的无多址干扰的最优解调。但是在实际的c d m a 传输系统中，由于无线传输 信道的时变性、多径衰落和异步传输的影响，c d m a 用户扩频码之间无法实 现理想的正交性能，不可避免地带来不同用户之间的多址干扰；单个用户 所产生的多址干扰固然较小，但是随着用户数和用户信号功率的增加，多 址干扰将会成为宽带c d m a 系统的主要干扰因素，导致系统性能的急剧恶 化，并且严重制约系统容量”1 。此外，“远近效应”也严重影响系统性能”1 。 多用户检测技术( m u l t i u s e rd e t e c t i o n ，m u d )是c d m a 系统抑制多 址干扰的主要手段之一，又称为联合检测技术或干扰对消技术，可在上行 链路的基站采用，也可在下行链路的移动台采用。它充分利用造成多址干 扰的用户信号信息对单个用户进行检测，提高了系统的抗干扰能力，降低 了系统对于功率控制精度的要求，较好地解决了“远近效应”问题，能够 更有效地利用上行链路的频谱资源，显著提高系统容量”1 。 多用户检测理论的研究在2 0 世纪8 0 年代以前较少涉及。i9 7 9 年k s s c h n e i d e f 发表了关于多址干扰抑制的文章，但是没有得到重视”1 ；i9 8 6 年，s v e r d u 利用对数似然函数的可分解性，证明了k s s c h l 3 e id e r 的 猜想，即d s c d m a 系统的最佳多用户检测器可由匹配滤波器组后接 v ie te r b i 译码器构成，但是其运算复杂度与用户数呈指数关系增长”3 。 最优多用户检测器又称为最大似然序列检测器( m a x i m u ml i k e l ih o o d s e q u e n c ed e t e c t i o n ，m l s d ) ，对于具有个用户的同步c d m a 系统，需要 对2 2 种可能的输入数据序列进行穷举搜索，显然其运算量与用户数呈指数 增长关系1 。1 9 9 8 年，c v a l a d o n 和r t a f a z o l l i 提出利用神经网络固有 的并行计算优势来实现最优多用户检测”“，其前馈神经网络为多用户检测 4 电子科技大学硕士学位论文 技术，权重系数需要通过训练序列获取；在实际的应用中，需要发送专门 的训练序列，并且其硬件复杂度( 神经元数目和训练时间) 同样与用户数 呈指数关系增长。对于实现最优多用户检测，还有1 9 9 9 年由 h k h 0 s h b i l 3 一g h o m a s h ，r f o r m o n d r 0 y d 和r w d u n n 提出的基于h o p f i e l d 神经网络和采用模拟随机退火算法的最优多用户检测方法“，但也存在复 杂度高的缺点。由于最优多用户检测算法复杂度太高，为了有利于多用户 检测方法的实用化，国内外相关领域的研究工作转而侧重于检测性能接近 最优多用户检测，而运算复杂度较低的次优多用户检测方法上。次优多用 户检测器分为线性检测器和非线性检测器两大类。在已有的相关研究成果 中，线性多用户检测器主要有解相关检测器”引( d e c o r r e l a t in g d e te c t o r ) ，最小均方误差检测器”( m i n i m u m m e a n s q u a r e d e r r o r d e te c t o r ，m m s e ) 和多项式扩展检测器( p o ly n o m i a le x p a n s i o nd e t e c t o r ， p e d ) 等；非线性检测器主要包括判决反馈检测器”7 “”3 ，串行( 并行) 干扰 对消检测器”。”3 以及多种基于神经网络的多用户检测器。 线性多用户检测器的共同特点是匹配滤波器的输出经过一个线性变换 矩阵后再送入判决模块。19 8 9 年，r l u p a s 等人首先提出解相关检测的基 本思想，其线性变换矩阵是各用户扩频码序列的相关矩阵”“。解相关检测 器具有最佳的抗“远近效应”性能，性能不受干扰用户功率配置的影响， 理论上能够完全消除用户间的多址干扰；然而，数学分析指出，解相关检 测在压制多址干扰的同时，放大了背景噪声，在信噪比较低时，其检测性 能可能会低于传统接收机。在解相关检测器的基础上，u m a d h o w 提出的 m m s e 线性检测方法“，在消除多址干扰和放大背景噪声之间取得了折中。 以上两种线性检测方法的实现均需要矩阵求逆，矩阵变换是影响实现复杂 度的主要因素。尤其是w c d m a 系统采用长扰码，矩阵求逆实现难度非常大。 多项式扩展检测需要较多的展开级数才能很好地逼近解相关检测和最小均 方误差检测的性能，在用户数较多时，多项式的展开级数很大，这将大大 增加其实现难度。 非线性多用户检测技术又称为干扰对消技术。m v a r a n a s i 最早于1 9 9 0 年首次提出并行干扰对消技术”们( 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 ， 也称非线性多级检测) ，其主要思想是将最大似然多用户检测技术应用到接 收机的每一级。该方法利用其他用户已知并且可靠的信息对多址干扰进行 估计，然后在每一级所有用户同时从接收信号中减去干扰信号后，对各用 户信号进行最大似然判决。随后，p p a te l 和j h o l tz m