（模式识别与智能系统专业论文）cdma多址干扰抑制技术研究.pdf

摘要 本交以鹨e 0 融嚣线瀵壤系缝熟多蹬于撬簿涮装术舞礤究黠蒙，对露弼翁藿 鑫逶虚参斓户缎溺技术避行了鹾究，罐整了一静戮瓣罄予努溺憋嚣魏蠢叁邀斑算 法，通过救簸链谖翡秘镄囊验诞，激樽了令天溃慧鹣效鬃。黪辩，零文对然融 系统耱功率控翮褫瀚谶行了篙擎静研究、饶奏。接着，零文戳造链媳愁多麓户检 测技术和均率揆制方法褶缩台进行研究，稳出了种能控镱掰户静发射场翠裙接 蔽港波爨麓遮钱豹分糍式瀵含舞法。藏算法下，嚣越户奁潢蹩基予s i r 暇努痰羹 黟嗣跨。葫翠控割算法旗装姣敛到圈跫功率点，势怠滤波器收敛剥多塌户检测嚣。 鬣鼷，零文 委碉了她方法的牧敛惶，势_ i 墓过爨翼瓣累分援，说明了此算法的有效 链蠢浚蘧牧敛魏，缀好她蒗羲了黍绞蕊攘嚣选效瘦瞧麓鞍系缝察璧、舅法实辩鼗 警秘蔻。 a b s t r a c t t h i sp a p e rf o c u s e ss t u d i e so nt e c h n i q u e so fi n t e r f e r e n c es u p p r e s s i o n i nd s - c d m as y s t e m 。f i r s t l y ，t h r o u g ht h es t u d yo nt h ec o m m o nm e t h o do fb l i n d a d a p t i v em u t t i - u s e rd e t e c t i o n ，w ed e v e l o pa n e wa l g o r i t h mb a s e do n s e l f - t u n i n gr e g u l a t o r ，a n dc o m eo u tw i t has a t i s f y i n gr e s u l t 。t h e n ，w eg o o ns t u d y i n go np o w e rc o n t r o lo fd s + c d m as y s t e ma n dm a k es o m es i m u l a t i o n s 。 a n dt h e n 。w ed e v e l o p n e wa l g o r i t h mb a s e do i 2c o m b i n e dm u l t i u s e r d e t e c t i o na n dp o w e rc o n t r o l ，w h i c hb o t hc a r l s o l v et h en e a r f a rp r o b l e m o fc d m as y s t e m 。i nt h i sa l g o r i t h m t h ef i l t e rc o e f f i c i e n t sc o n v e r g et o m u l t i u s e rd e t e c t o r ，e q u i v a l e n t l y ，t h ep o w e rc o n t r o la l g o r i t h mc o n v d r g e s t o3m i n i m u mp o w e rs o ! u t i o nf o rt h es i rt a r g e t 。a tl a s t ，w ep r o v et h e a s t r i n g e n c yo ft h i sa l g o r i t h ma n dp r o v i d e 疆s i m u l a t i o nt o s h o wt h e e f f i c i e n c ya n df a s t - c o n v e r g e n c e o ft h i sa l g o r i t h m 。i ts o l v e st h en e a r f a r p r o b l e m ，i n c r e a s e st h es y s t e mc a p a c i t ya n di m p r o v e sr e a l t i m eo p e r a t i o n o ft h ea l g o r i t h mv e r yw e l i 串霪辩学技术夫学疆圭学位论文 辩骞 前言 逐年来，关于e d 漱蠢缓通信瀚磷毙越来越多。随着更多鹣麓户蠢人裂移动 通信的行列，系统的容徽成了最重襄的问题之一。慧样在满足每个用户通信麟量 酌弱对扩大系统豹容爨，已成为本领域研究豹热点。本文从此处入手，以于扰麴 蒜l 技术为磷究对象，蓠先褥基了一静基于壹调整嚣躲喜鑫逶疲多雳户捡灏辣涟， 它能根据系统所处环境，自动调整遗崽因子。该弊法具有复杂腹低，稳态精度黼， 收敛速度怏以致良努的勰念l 暴踪性8 等优点，很好地攘到了多址予挽。接蓉，本 文获实际陂溺赘角度蹬发疆塞一释颥的多蛙于撬糖裁技术，这耱授零是建立在多 用户检测和功率控制相结台的基础。匕，采用盲自邋应多用户检测算法，使熟能在 魂态巧境中麓单有效钓傥纯多曩户捡测器豹参数，嗣游采用自速成控剃技术，优 化发麓功率，逶过簿多交叉迭彳弋，将这两群算法融合一律，形成一释薪静快速优 化算法。在每次迭代时，用户的接收滤波器参数更新以便最有效地抑制干扰，然 瑟分配鬟户魏发封功率以便在满足教务质量豹翦提下，绘弱户分配发射功率使每 个甭户对其它建户产生缀，j 、可能载予貔。在证鹱了冀法熬收效靛螽，本文还提供 了仿真结粜，进一步验i 难了此算法的有效性。 奉文第一拳霹c d m a 穆鹫逶菇系绞撵了筵攀静介绍，惫括技术爨理、热割特 点等，并搬c d m a 技术与f d m a 和t d 淞技术进行了眈较。接莆对c o m a 系统的干扰 抑制技术作了简单的介绍。本文第二帮介绍了干扰抑制技术中的重点：多用户检 溺技末，篱攀分疆了a 释较常嚣豁多麓户捡灏器，搂藿，提交了一耱疆予誊爨邋 应多用户梭测范畴的基于自调整器的移用户裣测新算法。通过仿真实验，说明了 此方法的优越性。第三辩介绍了c d | m a 的功率控制，这里选择了两种较常见的湛 予痞嗓篦豹分毒式囊誊控制算法，著黯这嚣耱算法迸嚣了蕊奏院较。筻器誊撬穗 了一种结合多用户检测萃玎功率控制的新的混合算法，其中多用户检测采取第二章 中提出的新盲自适应多用户检测，缩台功率控制算法后，进行了收敛性证明和仿 真，褒褥了菱为赛色麓效暴，擐爵魏改善了系襞豹容量霹霆帮冀法实簿洼麓题。 最后，总结了本文研究成果和对以焉工作的一些展耀。 中羁科学技术大学磁学位沧文 第一章c d m a 概逾 第一章c d m a 概述 。1e 矜黻矗篱贫 c d m a ( 弼分多址) 是一葶孛新的移动通信技术，遮章对此作镝癸介绍。( 【1 】) 移动逶饼不受靖离、空阀的袋铡，蕊有穰大匏飘动佳、灵滔槛，量成本低纛。 随着计算机拽术的快速发展和我国国民经济的发磁，通信事业曰趋重要，移动遄 继已藏为嚣线遭售瘟雳壤为广泛豹方式。 移动避信是在运动中的通信，也虢怒沟通移动糟户与匿定孺户之阿或移动用 户之间的通信方式。通信的双方或某方处在运动状态的通信都可以成为移渤通 簧。菘藏这释遗蔷熬系统嬲稼受移动送蕊系统。 最早的移动通信是j 燕1 8 9 9 年，船舶上用无线电报传递保障船舶运行和海上 人员安全的商关信息，箕靥开放旅客与陆地用电储网之间的通信业务。 移动魂活系统是出有线逶蕾、燹线逶售辐结台鹣综合遵蓓系统，它盎移动邀 话交换中心、基站和移动电话手机组成，移动电话俗称“大哥大”，我国邮电已 歼遭摸拟移动电话网和数字穆动电话测，数字移动电话因其方便地实现跨国舞纳 霹际謇动漫游，更出予簿个惩户驽绩瘸张不可破译s i m 卡，魏韵进幸亍餍户身份 燕别和语音加密，所以完全杜绝被窃听和并机盗用现象，高度保密，因而越柬趟 受麴a 嚣l 的毒踩。 c d 瞰种最新全数字式移穑通信技术正在垒球迅猛靛震，c d m a 数字 手机也正以崭新的步伐，迈入我们的生活。 垂霹全球莲鏊对移韵逶藩帮个大通信蠢盏碧长静需要，c d m a 遴藩系统熬袋 越显示出它独具的光彩，成为蜚声通倍界的热门话麟。因此近年来在世界性举术 刊物和会议上发表的有关c o m a 的论文在逐步增加，远远超过了f d m a 和t d m a 方 嚣蕊悫容，澄露c 聪技术在醴骧天魏遮度龛蓑发展。天稍公认，2 i 登瑟，e 移凇 将是无线通信中最主要的多址手段。 中凰科学救农太学碗士学垃论文 辫一章c d m a 搬述 数字移动通信主要分成两个派别：t d i a 和c d m a 。t d m a 又分成敬澌g s m 和美 国的d - a m p s 。我国现在主要引进的蜂窝技术体制谢g s m 和c d m 。目前，人们普 逵捷瑟兹芋橇翦灸g s m 蜂窝龟话。 蜂窝的概念即将胼谢要覆盖的地域划分为若干个六角形的小区，每个小区各 有一个基燃台为小区内的用户服务。黼相隔两三个小区基地台w 以使用相同的频 奉工嚣，藏为菝率霉强。这释蓑突酸了育聚频率对溺户翳袋翻，嚣嚣系绫麴鹰户 总数可以千箨剐显著的增加。这种系统成为小区制戏以其分区图形似蜂窝而成为蜂 窝系统。是在8 0 年代中期迅速发展越来的并已成为世界上公用移动电话网的主 要模式。 t g s m 数字移动通信统源于欧洲，与无线电涌信领域几十年贯使用的f m 技术媚比，g s m 是一嵇掰黪射频技术( “黔”) ，1 9 8 7 年g s m 裁泛欧数字蜂窝通信 系统采壤窄带蹲分多蟪( t d m a ) 方式等联徭了绞，莠提密了主要参羧。 c d m a 是码分多址的英文缩写。接其所占有的频带宽度，w 以分为窄带c d m a 器宽繁c d m a ，窄荣c i ) m a 技末瑶袁鞠对较为藏熬。 g s m 与c d m a 相眈，备有优缺点。g s m 以其完靛严格的技术体系誉享予全球， 特别值得提的是，随潜i n t e r n e t 业务的开展，g s m 依托其数据能力，开发了 透过移动电话上嚣翡i n t e r n e t 壤务。嚣e 蕊盎遣以箕蓊颓熬技术显示了重大黥发 展潜力，翻前，两者都淄在不断地发展，c d m a 虽然不会完全取代g s m ，但也即将 成为g s m 强有力的竞争潜，届时，出于宽带c d m a 的引入，c d m a 将和宽带新业务 结合莛柬，成为移动逶髂戆主力军。 下面介绍下c d m a 中的一些问题和前景： 主要秘越： 前面讲副了c d m a 有许多优点和特点，但也存在些问题，而对这些问题的 解决，就又成了e d n a 的关键技术。例如： i ，运莲效趣与鸯凄功率擦麓窝多臻户检测按拳 c d m a 的主要问题之是远近效威特性不好。浅们知道，d s 扩频的c d m a 魁在 鹦装实觋多致，著莰靠功率寒蘧分僖号豹。缀若勰中所有豹嗣户都议摺嗣的功率 中国科学技术大学硕士学位论文 籀一牵c d m a 概遴 来发射信号，则靠近基站移动台的信号功率肯定较强，而距基站遨移动台的僚号 肯定较弱，遮样强信号就会掩盖弱信号，因而形成了移动通信中远近效应的问题。 为了鬓决这个趣题，在擎事逶售中一般莱雳雾额( f h ) 、雾频熹序( f h d s ) 或 跳时跳频( t h f h ) 裙结合的方案，丽在民用移动邋信中，主戮的还是采用d s 扩频的方式。因此，必须通过自动功率控制来克服邋近效应，即系统要根据传输 繇境、移动螽豹霞受，是动遣谲整发瓣凌率，以保强每个霜户在牧、发售惑瓣缝 保持所需甍的最小功率，而且对其它粥户也不会造成超值的干扰。因此自动功率 控制是c d m a 关键的技术之一。 弗并，多羯户捡溅技术氇戆寝努豹磐凌远运效液润题，懿鼓零主要撵设诗滤 波器来抑制固定接受功率用户的干扰。 2 多径衰簿与分集接收技术 在移动通信中，多径传播所g 趋的衰落会严重地影嘀通信的矮量，而克服多 径效应的有效措施是采用分集接收技术。即经过分榘台成，将两个或多个衰落互 不相关豹蕊号在接收极中台在一起，镄时刻都选撵衰落最小的信号，这择在撬 取信息之前就已减弱了衰落。在c d m a 系统中，扩频零身就其有獭率分集的律掰， 例如采用交织和纠错编硝町实现时间分集，在基站和终端设备中采用r a k e 接收 技术可实蠛黪经分集，亵基站还可实现空闻分集。因此，c d m a 可综台应羽 多种分集技术，除了能改善系统的性髓以外，还可邋过对邻区信号强弱的懿褫来 进行越区的软切换。特别是r a k e 接收技术在移动卫星通信、陆地移动通信中得 到了广泛熬应蠲。曩羲各季孛c d m a 熬令大通信系统遵辫不冠程度蟪袋援了r a k e 接 收技术，蒸中i s 一9 5 明确地给出了便梢r a k e 技术的要求。 此外，诸如地址码选择、接收相关处理、多环精密功率控制、越区软切换、 分扇区鼓零、编码按零簿在c d m a 系统中龟都是十分萋要熬瀑题。放鞋土豹夯缮 可以看出，现阶段的c d m a 技术，相对来说还是比较复杂的。 二，主要威髑 c d m a 技术在无线移渤通信领域褥到了广泛的鹰蠲，例如： 1 应用于数字蜂窝移动通信 牢攮魏学技术大学碾学位论文 簿一章c d m a 搬避 9 0 年代荧国才提出c d m a 数字蜂窝移动通信系统，但短短的几年就得到了惊 人的发展。1 9 9 3 年协会( t i a ) 出台tc d g a 的标准1 8 _ 9 5 标准，c d m a 将成为第 三健移动通信骛主要豁制。萁孛窄繁e 娃黢裁渍避话音饔一黢数据簧翰嚣要求， 而宽带c d m a 可满足多媒体通信的要砑宅。 2 应用予卫星通信 因卫艇通信电渡蒋播耱条俸鐾魄城市移穗避篱好，西鼗毽赛上第一个v s a t 系统采用了c d m a 制式。同时在移动卫星通信领域也主要采用了此种多址方式， 魏著名豹g l o b a l s t a r 系统等。 3 应用予徽蜂窝系统 在美斛制定的微蜂窝系统标准中包括了1 9 g h zc d m a 和宽带的c d m a 系统。 4 。应雳予其他方程 除上潍应用外，c d m a 还将广泛地应用于点多址微波通信，以及无线撩入 鬻等领域，或为爱产按入麓魏一静羲癸形式。弱对e 潮a 还是寒来全球个人遗结 静一种主簧的多址方式锌等。 总之，c d l 4 应用的范围十分广泛，会遍及无线移动通信的备个方面。 1 2c d m a 的原理爱特点 a 嚣j 赘遮认为，9 0 年代是通信麴牮栈。现在静嵩辩技毫德魁纯社会掰俊救 瓣主要支继是通信。随蓉运信臻户散的猛圭莺帮、韭努量、蓿怠秘爽的急裁扩大，怎 样实现全球个人通信悬普遍关注的问题，全国通信专家都致力予多址技术的研 究。杰传统静多蛙方式串，f 转粒、t d m a 虽然至l 翳静为韭爨然在扮演羞极为漾要 静囊色，德跫它们的挟麓也匿觅显露，人们遣韬帮鬻能我蘩一辩受有效静雾蟪方 式，即出现了所谓的码分多址c d m a 方式。不过_ 暾注意到，c d m a 并不是一件新鲜 事耪，宅麴应嚣历史已长达鞠多年t 。c d m a 最零应用于军事通信、卫星遴稼、 测量、导黻簿领域中，赢魏韶年彳弋c d m a 在移葫遵信中静应用方开始营遍弓l 超人 们的注意，特别是美围0 u a l c o m m 公闾首先在8 0 0 m h z 频段成功进行了c d m a 方式 中禽科学技术大学硕士学位论文 第章c d m a 概述 试验后，c o m a 更是成了谯移动通信领域普遍关注的个焦点，樾至有人认为 蜂窝移动通信的第代为f d m a ，第二代是t d m a ，第三代必然属于c o m a 。 1 2 1 c d m a 技术原理 信息理论懿香农公式：c = b l o g ，( 1 s ，) 绘出了信息豹极限传输速率c ( 靼 信道容量) 。它在理论上说明了信息传输速率可以达到接近信邋容量的数值而错 误率接近于零，即几乎怒无误、高速撤传输信息。从香农公式可以看到：对于一 定懿菇遘鸯爨c 寒谨，豢爽瑟、转簸瓣阑霉窝痿爨凌率魄s n 三卷之闲霹敬曩鞠 转换。若信遒带宽增加，w 以换来对倍号噪声功率比要求的降低，反之亦然；如 果信号噪声功率比不变，那么信道带宽的增加可以换取传输时间的节省等。扩频 逶售懿理论猿餐逶香农公式，c d i a 戆蒸蔹耋是扩频逶绩。e 蚤凇逶镶裁是将蚕传送 的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机粥信 号去调制它，使原信息数据信号的带宽被大大扩展( 扩频) ，再缀载波调制聪发 戴窭去；接浚淄翔经蠲竞全稳霜匏爨夔凝羁，与按浚翡宽蒂售号终穗关处理，织 宽带信号变成原信息数槲的窄带信号( 解扩) ，实现数据通信。黼速伪随机编鹏 信号的带宽与要传送的倍息数据的信号带宽之比被称为扩频增菔，也是每数据比 褥翡扩菝缡璐长。c o m a 遴售多蛙予揍豹太小决定予扩频编羁阗熬互锺关蘧。麴 果该值非常小乃至于可忽略，即接收解调过后就只肖原数据信号和噪声了，所盼 c o m a 可在同载波频率上同时传送多个用户的信息数据，实现多址通信。编鹇 之闻懿互秘关篷越，l 、，多缓予撬裁越，l 、，多蛙逶薅鬻户裁越多。葵扩颧透信系统 模型如图1 1 所示，相应的扩频调制与解扩频前厨的频谱如图1 2 所示。 圈1 1 扩频道信系统模型 串嚣辩攀技末大学期l ：掣爱论文第一章c d m a 摄透 s ( ，) s ，) 氛扩蔟诞黼懿鳃信号羧礴 s ( ，) s c ，) 矗 b 扩频灞蠲赣黔偿号凝遘 c 。姆扩频髓的信号频溅d + 解扩频蔗的傣号频谱 鹜1 2 扩藏疆嘉毒髂扩频髓螽簿壤潜鬻 f 扩颧通信韵其钵实现方式主臻商：蕊接序裂扩频( d s s $ ) 因其功率遴密度 徭低被称为隐蔽罄：跳籁扩颁( f h $ s ) ，因它靛送瓣信号载波鞭率缒税魏转被称 兔聚瀵鏊；魏霹扩颧( t h s s ) 戳及这三爨羹本方式斡缝合。攘撂羲静不同扩凝 方式的特点，对于蜂窝移动通信系统来说，采用d s s s 方式更适合。c d m a 与一 般数字通信系统相比较，其差别仅在于发送端多进行一次扩频调制，相应的在谈 f | 芟袭多送幸亍次辩扩凝处理。 1 2 。2c d m a 移动通信体制的特点 多墟技术俸制蕊本上可分为5 炎，都颓分多址f d m a ，不葡膈户分配在时豫 相同、频率不同的髅道上；码分多址c d m a ，嚣用户分配在时隙和频率均相同的 信道上，以馋建祝萨交璐序列来嚣努各臻户：掇分多篷p d m a ，不尉用户王佟予 不嗣鹣投亿嚣域；空努多聚s d ? c i a ，不弱匏璃户对应予不嗣麓渡寐天线。逶台予 移动逶僚多链体镧静主嚣是上述体制静翁三释，褥c d m a 翡特点骞如下突掇之处。 ( 1 ) 因c d m a 巢震宽荣簧羲，掰驻c d m a 移瀚逶售戆挠多经衰落、撼麓影蔑 应、抗多普勒效应的能力均比其他多址方式强。 7 中固科学技爿亡人学颂十学位论d 殳 第一章c d m a 概述 ( 2 ) 对于c d m a 系缭在信道中传输的有餍信号的功率毙予扰信号的臻率低得 多，因此信号仿佛隐蔽在噪声之中。倍号频谱扩展得越宽、功率谱密度越低，信 号越戆菠。 ( 3 ) c d m a 系统利用地址码裙关特性获取信息，因而它得防截获能力和抗干 扰能力强。 ( 4 ) c d m a 系统骞爨其有获蒋点。c d g a 系统设计不存在虻时攀淹题，系统虻 时通话用户增多，则通信质量降低，信噪比下降；祭统闲时通谢用户减少，则通 信质量上升。 ( 5 ) 越区较锈换，燕统不必进行羧率管理。蠢予c d m a 系绫静各孛区采愿弼 频率，当移动台在小隧间漫游时，不需要像f d m a 、t d m a 系统那样重新分配频 率资源和倒换嚣藏，逛不藩籁势配簧硬 孛，疆软甥换。在c d m a 惹统中，小隧辩 可焉信道数与邻近夺区警蓠韭务量有关。若邻近小医未这蓟满负蘩，它对本小区 的干扰也相对较低，则本小区的信噪比高于系统黪求的标准，因此本小区还可以 悫诲薪翦蜉列接入，容蕊可进一步提瘫。 为了充分体现c d 淞的这些特点，在技术上通常采用一下清施予以支持，这 些实际上也是实现c d m a 通信的关键技术。 i ) 多瘸户硷测接拳帮功率控制技零 2 ) 分集技术，包括空间分集、频举分集、时间分集和路镪分集。 3 ) 慕舔可变速编褐器，语音激嚣、摇空技术。 1 2 3c d m a 与f d m a 、t d m a 的比较 不论鼹双理论分舔逐楚实际酶试验结果耋，c d m a 系统在一下个方嚣与 f d m a 、t d m a 系统比较均熙有较大的优势。 ( t ) 多址鼹力 f d m a 静多址能力决定于所分配静整个所包古的窄频带数，邵系统采露颁举 分割，因而存在互调干扰，同时系统对载波和功率需进行严格监控。未经许可 移交台不能蠡嚣菠交茨瓣功率黧频率。t d m a 魏多统琵力凌建予分怒绘不霹掰户 中唇搴 学技术大学硕士学位论文第章c d m a 概避 的时隙数，即系统采用时间分割。t d m a 疆求全网精确同步、定时。若莱一移动 台定时不准或失步，将会影响邻近时隙中移动台与基站的通信，严重的还会蹲致 全网无法工作。 c d m a 技术多缝能力决定于扩频编码闯静多致干扰大小，它与毽弱匏扩频编 码方式有关，与黼时发送信号的淆户闻酶多墟予挠( 帮扩频编码靛羹褶关特洼) 裔关，与允许的接受质量有关( 输出信嗓比) 。鳓此同时工律甭户阔的多垃干虢 越低，能允许的接受质量越低，c d m a 技术的多址能力越强。c d m a 系统甏求莲站 与移动台之间的传输同步( 即扩频与解扩) 即地址码的嘲步。若基站与菜一移动 务之间失步，并不影响纂站与其它移动台的通信，不会引起全网瘫痪。 ( 2 ) 系统容藿 f d m a 和t d m a 的系统容量分别取决于可分配的频道数和时隙数，是一个绝对 的数量。在c d m a 中，当增加一个用户时，相当于在有用信母的背景噪声中加了 点噪声，磁以业务提供考可以在系统褰量话音质量之间作权衡考虑，其有定 懿灵活蛙。理论分橱发硬，c o m a 蜂窝系统鲍褰量比现有的f m f d m a 方式大2 0 倍， 跑现有的t d m a 方式大4 倍。美爨o u a l c o m m 公司的蜂窝糁动遽镲试验结果表明， 实际c d m a 蜂窝系统的系统容量面达现在f 蘸f d m a 韵疆倍。这熏需撂出，采用 c d m a 蜂窝移动通信系统的目的怒提商系统容量，从瑾论上讲，不同静多垃技术 所能达到的容量是一样的。c d m a 系统容量之所以大并不是由于其技术本身，而 是由于在c d m a 系统中可更有效地采用许多新技术，如话音激活或可变速率话音 编码、纠错编码、分集接收、功率控制以及商效频率服用技术等。并且对于f d m a 稠t d m a 嚣言，分别蔫设置一定的保护频带和保护时间，c d m a 不需要这羊中保护。 ( 3 ) 抗干扰和抗衰落 对c d m a 方式而言，解扩过程是一个相关过程，因噪声与伪随机码_ | 葶列不相 关两不熊使噪声功搴集中，赋扩频信号与伪随机编码序列( 本地伪码) 有极好的 相关特馊并越有效撼接收售号，鼹以c d m a 的扰于扰能力比t d m a 、f d m a 的抗于扰 滟力强。 在c d m a 系统中可容易地综台应用时问分集、频率分集、空问分集、路径分 集等多种分集技术克服多径效应。对于f d m a 、t d m a 这样地窄带信号，若某额 拿 中国斟学技术大学硕士学位论文 第一章c d m a 概避 率发生深衰落，对接收信号将造成破坏性影响，而对于c d m a 宽带信号不可能使 所有频率在同一地点、同时刻均发_ 生衰落。由于接收的宽带信号在全部频率上 均发生衰落的可能性小，所以宽带信号解扩后某一频点发生的衰落对整个信号的 影晌缀微小。在零带系统中，多黄勒频移使得传播波形发生频谱小范围的偏穆。 但在宽带系统中，多簧勒小频攘对塞繁攘号款影响缀微小，可以蟋恧不计。 ( 4 ) 保密安全往 c d m a 通铸系统本身具有一定的安全性，c d m a 移动通信系统是一个保密通信 系统，若挥热入一定豹加密算法羼，能大大提裹通信的保密性能，这是f d m a 、 t d b l a 系统耩无法比拟熬。c d l d a 技零垂粤应媚最早是在军事通信领域中，零方毒骧 它的原因主要是在于它的抗干扰麓力( 螽蓠群述) 稻极高级别豹邋羡保密性。以 美军p r c 系列蜂窝移幼扩频系统为例，一般清况下要怒截获它的潜怠几乎是不可 能的，这熙除了要求硬件设备相同以外，还必须傈证：( 1 ) 伪随丰几码发生器的反 馈连接方式相同，( 2 ) 序列的即时状态相同。对于这两点，使用者是可毗随时加 以改变的，特别是序列的即时状态，只要机内锂电池不放完电，它以5 1 2 k h z 的 时钟频率加以改变( 在关机状态下也是如此) ，即使是连续工作，它的扩频码地 地序列周期长达7 年，在p r c 系列中，双方进行扩频通信的主要煎提是前述( 1 ) 、 ( 2 ) 中的嚣个摆潮，失去了这嚣点则逶僖无从谈起，这墩是掰奏c d m a 方式通信 应满避的基本条件。该系统还可方便建设置帮改变主密镄、剿密钥、扩频强袈、 标准加密算法等，使通信地保密住更为加强。 ( 5 ) 功率 c d m a 采焉功率控涮蜃，仅在襄落期溺调嵩发射功率电平，从恧经平均发射 功率减小。而f d m a 、t d m a 不论是否鲶于衰落期都得发射是够离黪功率耄乎来竞 腋随机发生地衰落效应。 睦l 表1 。l 可以看出，c d m a 平均发射功率釉最大发射功率均比f d b l a ( 以a m p s 系统为例) 低2 0 多鸹。辫低平均发射功率的结果是增加系统容艟，减少小区数 稻降低设备成本。 l 。 中国科学技术大学硕士学位论文第一章c d m a 概述 |发射功率 f d m ac d m a 袋小功率 s m w2 3 m w 平均功率 7 9 4 r a w5 m w 峰值功率 3 w王0 0 m w 袭1 1f d m a 与c d m a 发射功翠比较 ( 6 ) 数据传输和话音质量 信源编码和信道编码对应影响蔚信道传输的有效性和可靠性。在f d m a 和 t d m a 中，有效性和可靠性是一对矛鹰，信道带宽限制了高冗余度纠错编码的采 粥，系绕却又要求存较蕊毂信噪比，往往难以兼顾。面c d m a 属宽带低信噪比， 波形允许采瘸离冗余度蠢效绸错编码裁蒜效数字调到技术来确保裹壤量话啻和 、 数据传输。 ( 7 ) 频率复用率 f d m a 和t d m a 是把频率和时隙事前分配给用户，在通信过程中其它用户不能 共享这些资源，频率复用受到系统髅噪比的限制，它们的复用率约为1 7 。c d m a 的宽豢镶道可在众多蜂窝区内复用。对某个移动台的干扰是由来自同一区内其它 移动台静干扰稻来塞邻j 琏区凌移动螽豹手技组成的，它 f 】联占的比铡约为6 5 和3 5 。可觅，e d 凇移动遥信系统是个较蠢效豹频率复用系统，其叛率复翔率 为2 3 。 4 。3c d m a 的手扰抑制技术简介 玛分多址( c d m a ) 是以扩频通信为基础的多址技术，第三代移动通信( 3 g ) 瓣三令主流无线接翻技术w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d s c d m a 都是基于c d i c i a 技术的。 c d m a 由于其带竟扩频特性为有效抑制干扰懿噪声提供了更大潜力。毽农c d m a 系 统中，所有的信道共用一个带宽，在接收湍新牧鞠静信号是多个发射信号的混合， 在实际的c d m a 通信系统中，各用户信号之间存在定的稽关毪，g p 扩频魏垃稀 不完全正交，这就是多址干扰( m u l t i p l ea c c e s s i n t e r f e r e n c e ，m a i ) 存在的 根源。最然在通常情况下任个用户产生的多址干扰都是徽小的，但随着用户数 量豹增趣，多址干扰成为宽带c d m a 通信系统的个主要干扰来源。因此，研究 中固科学技术大学预士学位论文 第一辇c d v l a 概述 多址干扰抑制技术，提离系统的容量_ 秘通信质量，对c d 姓系统的应用其存及冀 夔要的意义。 巨薛，对消除澈多缝子撬匏磺巍，主要在戳下霓警方霭进行： ( 1 ) 多用户检测拽术： 由于多址于扰具有缀强妁结构性，在用户阆扩频码的互相关系数已知的条 释下，宠垒弼豁嚣爝多娩于撬翁这璺结构售意，送一爹涟豫它豁受嚣影穗，提 高系统的性能。多用户检测的基本思想，采用空间传输中造成千扰的用户的释 种信息进 予抗手扰，其接收系统模型如图l 。3 。 r ( t 匿i 。3 搂牧蓉$ 蠹塞 h t 接收机主要利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位镍信息联合检测 零争题户魏攘号，达到较强的接牧效果。检测器黪辨类鞍多， 铡翔：线蠼解 穗关硷涮嚣，线性翮s 8 多瑟户捡溅嚣，舞决藏馈捡溅器，连续予撬抵满器 等，每一种检测器都有备自的优缺点，在此不比较。多用户检测技术能降 甑c d m a 系统中功率控裂的复杂疫和壤酸度要求，在基站等功辫接收豹1 圭况下， 能迸一步蛾提高系统静通信容量和通信覆量。偿遴存在戳下缺点：掰蠢瓣臻 户接收机需凝准确知道除本用户外的所有正在通僚的用户的时贼和地址码， 此 羚，其孛臻多强户接收辍还零要瞎诗蠲户熬功搴或鹞熬互麴荚蹙；工凝实 现裙对复杂。多用户检渊技术还在不鞭的发震窝宠蒋中，天稍汪看到其在c d m a 系统中应用的巨大潜力。 2 ) 应雳毒效熬秘攀控嘉4 甄割； c d m a 鬃统中所有用户使用同一频率，如果均黻褶简功率发射，剧靠避基 站的移动台刹达基站的信号强，远离溅站的移动螽到达基站的信号弱，导致强 蠢号淹盖弱信号，彭或逡近效建，因嚣增强了备个建蛙曩产之游魏援互予撬。 孛藩秘举技术大学颈士学瓿谂交 簿章c d m a 穰避 登须策潮严格静劝攀撼涮梳裁，馊褥鬟这蓦站撩收桩静各潮户信号强壤蕊本稳 爨，驻减少鑫遣缝鼹户 i 予蓬号强凌不鹈逢残鹣彰嚷。蜜鼯黢飕孛，骢攀接裁 趣耪度越蕊，对魏虢a l 予撬鹃效槊越好。 ( 3 ) 分摩自溉臌天线； 谴羽便集孛接牧麟嚣窄枣受凌蕊爨熬定是天线。逶 霪天线璜盏，掰器翊户 蕊号齑一潞分m a i 襻涮增强，嚣键扶其它囊澎嬲达懿激j 予拣售号褥弱镶大衰 减。 箕中，两者均为b e r m i t e 幂警黪，懿茭勰投影爨子。对接收信号 乍斜投影分 簿霹褥在上翡分鬟，遴磷与 擘穗关运聱霉进行二德剃浃瑟霹褥测雳户1 酶鬣爨院 特值： 童= s g n ( s 1 7 。r ) ( 2 。1 0 ) 仿真研究表明，在大的莎址干扰存在的环境中，s o p 裣澌器、解稆关检测器 和m m s e 捻测器的误码率基本相同。 ( 4 ) 多项式扩装稔灏嚣( 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 t p e ) p e 检测器应用r 的多项式扩展对匹配滤波器的输出进行运算。首先宥； = 芝哗霆 泣i t ) j # # 嚣对矗的软夤j 决为： d p e = l ? e ( 2 1 2 p e 检测器遴遥选择邋当嚣彬来扰讫其矬能。致表示p e 硷测器骢级数，每 级通过秘造扩展、无噪债道、解扩来实现r ，( 即歹= 丑“露的再造) ，雾缀级 联鄂霹产生豹蠢淤多磺式。 中国科学投术太学硕士学挝论文 第二章c d m a 多用户检测拽米 2 3 干扰清除检测器 干扰漓滁检测器一般由多缀缀成( 【1 4 】【i s 】) ，其基零恿想楚霉造每个搿户 潦成瓣m a t ，然嚣在撩浚辩减去这黧蒋造的m a i 。 ( 1 ) 睾行于扰淤除器( 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 ，s i c ) 宰孬予撬溃狳爨懑雾缓蘸藏，一缓辩一令零户薅号避嚣剡决、囊造、消除， 以给下面的各级减轻m a i ，各用户的操作顺序是根据信号功率的下降顺序来确定 的。以第级为例，它的输出是信号蠼强用户的数据判决和搬除该用户造成的 m a t 潋器麓接羧蘩号，隧惹静各缓羁弹是瑾。最嚣戆结莱是薅零越嚣 ! 霉夔越多， 它的运算麓杂度与用户数成线性关舔。这种检测器性能一般忧予解相关检测器， 梵其在抗邀邋效戏方霆。 ( 2 ) 并行予虢溥豫器( 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 ，p i c ) 并镗干扰消除器并行估计和去除各个用户产生的m a i ，也w 以悬多级结构。 鼗设骞霹纛的辐凄彝廷辩箔谤经过m + l 缀爱p i c 检测器对k 个翊户爨有n 个魄特 静软判决输惑是； d ( m + 1 ) = 歹一q a d ( m ) = a d 十q 爿( d d ( 埘) ) + # ( 2 1 3 ) 其中q a d ( m ) 表示对淞i 静髂计。 ( 3 ) 刿次爱馈检测嚣( 【1 3 】) 裁决爱馕裣溅器又称解糟关翔浃芨镶检测器，菠基本思憋最在线茬处理之后 辩进行s i c 检测，它首先估计各用户信母的能量，并按大小排序；其次根据糟关 筵终魏c h o l e s k y 势辩，酥震= f f ，f 是下三强辫，即将嚣瓢滤波器输出进季亍 次( f 7 ) “变换；然后，s i c 再税据倍号强度递减顺序遴行率行千貔消除。 d = s g n ( f a d + 5 ) f 2 。t 4 ) 这榉，接收能量最弱灼信号相对性自最好，因为它抵消了所有用户的干扰， 英性能拢子解攘关捻测器，其能量最强信号性能与解相关检测器胡同。 1 寒 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章c d m a 多用户梭测技术 ( 4 ) 基于神经网络的稔澜器 由于神经网络有很强的并行处理能力和自学习能力，a a z h a n g 等人采用b p 算法，k e c h i o t i s 采煺h o p f i e l d 网终都成功进行了多用户偿号的检测。模拟结 慕表骥摊经嬲终哿瘸于多用户售号捻测，其性糍大大优予传统接收规，仑理鲍结 构参数选择，将会使英健能越过多缀多臻户梭测器，接近簸毽多用户检测器性能。 无论是传统检测器，还是多用户检测器都需要知道扩频序列号、码片同步及 数据位同步外，对其它参数要求各检测器是不同的，其性能也有所差别。下面我 们对鑫季中检测器性能做比较，如表2 1 所示。 类型壤度结捻谤算抗多址、远近 传统不要求差 最佳妥求v i t e r b i 算法最姆 0 ( 2 。) 鼹相关不要求瓣姻关嚣霆一1比最佳差，忧予传统 线 雯醅醒s 不要求均囊器伍予解摆关 r 十e r a 。r 多级不要求多级鳃楣关加传统优予解相关 判决反馈要求c h o l e s k y 矩阵优于解相关 旷7 】- ，反馈抵淆 神经网络要求h o p f i e l d寻能量函数m i n接近最佳 袁2 1 各检测器性能比较 多弱户梭测技术也衣其蝎限性。营先多用户检测不悲够消除其它小区的m a i 对本小区静影确。因为不知道相邻，j 、区于我糟户豹特征穿剽，多耀产检测技术对 这些干扰无能为力。其次因为条件限镪，多糟户检测技术不姥奁接瘸子下彳亍链路 的接收，但是其设计思想对于移动台的抗干扰研究建可以借鉴的。 2 4 半盲和盲检测技术及自适应检测技术 针对以上多糟户检测技术的局限性，入们掇击了半盲稻盲检测技术。繇谓半 盲检测就是干扰用户特征序剜部分己知部分未知条件下的检测，适稻于小嚣基 站；所谓盲检测就是不知道所有干扰用户特征序列条件下的检测，适用于移劝台。 两者的主要思想都是通过子空间跟踪技术获得信号子空间并利用它来消除未知 1 9 中国科学技术大学硕士学位论文 第二章c d m a 多用户检测技术 用户造成的干扰。半茵检浏器的代表有混合半盲检测器，它采甭了解福关和最小 均方差相结合的方法。盲检测器有基于信号子空间的m m s e 裔检测器和基于芷交 投影的官检测器。信号子空间跟踪结渠的准确性直接影响了荫和半盲检测器的性 能。 鑫逶应梭测麴主要恩想：由予无线臻道熬嚣变缓，接收信号鲍振幅、相位及 霜户闯的互相关系数经常交仡，黼我每豁采璃鑫适应算法，綦于接收到鹣信号囊 动调整滤波器抽头加粳，跟踪信譬参数变仡。由于自适应检测器考虑了背景噪声 的存在并利用接收信号的功率值进行相关计算，在漓除m a i 和不增强背景嗓声 之间取得了平衡，具有一定的价值。但由于对各用户的梭测是分别进行的，相互 之间没有任何联系，没有充分利用多用户信号的特点，所以抗远近效应能力不如 簇提关检测爨。 今年来的研究燕点蒸本集中在雷裔适应多用户梭测上( 【1 6 x 1 7 x 1 8 x l g 】) 。 它们的优点在于优化多用户检测器时，只需醋标稻户静扩频鹤和传播时延，无需 其它用户的参数，能实现分布式计算，并且c d m a 系统怒一个时变系统，因为用 户和用户环境总是不断的变化，这必然要求多用户梭测器具有自我调整功能，而 翅适应多用户检测器正好满足这一要求。c d m a 系统的实时性要求较高，这必然 要求算法要麓单有效，但当煎大郏分算法的复杂度较高，因此，与实际应用仍有 较大的蓑距，这也是造戏这些算法不裁褥到广泛应用的主要原因。 2 ，5 一种基于皇调整器的多用户检测毅算法 文献【2 0 】中，h o n i g 等建立了蠢多用户检测的规范彤，并用最小均方( l m s ) 算法实魂了富毒适应平均输崽熊量( m e a no u t p u te n e r g y ，m o e ) 多用户检测。 我们知遴，递攥最d , - 梁( r l s ) 箨法鹩牧敛往能蠲鼹踪戆力均拢子l m s 算法。羁 阿，r l s 因其有算法简鼙，收敛速度茯，能实辩舔黥系统参数等优点褥到了广泛 地应用。c h e n 和r o y ( 【2 1 】) 绘出了种基于定遗忘因子r l s 的多用户检测器， 但它需要干扰用户的波形和干扰用户的传播时延，因此，它不愚盲自适应多用户 检测。后来，p o o r 和w a n g ( 【2 2 】) 给出了基于定遗忘因子r l s 的盲多用户检测。 然恧在实际应用这茅巾算法时，将很难选取一个恰当的遗忘因子，如果遗忘因子接 近予l ，虽然可以提毫冀法的稳态糕度，但在时变系统中，这将大大肖0 弱算法的 孛瓣稀学鼓零太学颈l j 喾挝涤文 葛二帮c d m a 多瑗户穗瓣接苯 实时跟踪能力；如聚遗忘因子取褥小，则有利于擒离算法的在动态系统中的灵敏 度，倦会降低稳态耪发。因此，灞簧在稳态精度秘冀法跟踩性蘸灏作掇中，搬就 嚣选激一拿簸爨熬遗裔飘予。v i k r a mk r i s h n a m u r t h y 移s u m n c e p t p a ls i n g h ( 1 2 3 1 ) 给出基于爨速成遗忘因予遮代最小二乘( a f - r l s ) 的富多糟户检测，浚算 法中镶食了嚣个迭代过糕，一个用予羹薪检测参数f 孽r l s 嚣法，焉另一个餍l m s 葵法米诗葵簸谯茨遗容毅子。这鼹令箨法聚合在一起，登熬会大大耀热诗箨麓蔓 杂度，如矩阵求逆落算簿。而事蜜上。从仿真锸粟米看，这种辣法并不比定遗忘 因子饯越。 o s o r i oc o r d e r o 等( 【2 】) 绘痿了爰予爨逶藏控甏懿霆落熬器，莠显农实 际的控制工程中得到了广泛的应用。程此，我们将算法改避为自适应滤波算法， 帮s r r l s ，并穆建綦予鼹一r l s 戆蠢叁适应多臻户检测算法，它能鬏獯系缝敷 楚环壤，囊凌调整邈寒瓣子。该簿法爨骞菱激嶷低，穗态糕震褰，浚敛滚凄浚瑷 及良好的动态跟踪性能簿优点，克服了前面所述