基于SVD的LC＿CDMA通信系统信道估计研究

1、基于SVD的LCCDMA通信系统信道估计研究        摘要：在LCCDMA通信系统中，由于在多径衰落信道下使用了时变扩频码，使得信道估计非常困难，而对接收机的设计往往需要信道的先验知识。本文建立了长码条件下的CDMA通信系统模型和多径频率选择性衰落信道的FIR滤波器模型，利用子空间分解的方法，推导了长码条件下CDMA通信系统的信道估计算法，并仿真分析算法的性能。  关键词：子空间；CDMA；多径衰落信道；盲信道估计；伪逆1引言DSCDMA是第三代无线通信网络的标准，能有效提高系统容量和通信

2、质量。在DSCDMA通信系统中，有2种扩频码可以采用：一种是短码扩频，即是每一数据比特用同样的扩频码；一种是长码（Long Code，LC），即是每一数据比特用不同的扩频码，也就是采用时变扩频码。在第三代无线通信网络，长码扩频是一种主要的选择1，他能保证每一个获得非常平均的通信性能。但是，长码的使用破坏了信息的循环平稳性，使得一些先进的信号处理比如利用循环平稳性就不能使用2。同时，由于长码的使用，许多用于短码的信道估计算法就不能直接应用到长码系统中26。在无线移动通信网络中，对接收机的设计往往依赖信道的先验知识，因此对无线信道的估计是非常重要的。对于LCCDMA的信道估计方法一般有2种：一种是

3、利用训练序列的信道估计算法；另一种是盲信道估计算法。对于利用训练序列的信道估计，他的优点是实现简单，缺点是需要不断地发送训练序列，浪费系统的时间和频率资源。而盲信道估计算法，他能有效地节省系统的时间和信道带宽，是一种非常有吸引力的研究方向。文献2提出了一 种利用训练序列的基于LS准则的信道估计算法。文献3提出了一种基于子空间的盲信道估计算法。文献4提出了一种利用相关匹配的盲信道估计算法。文献5提出了一种基于Teoplitz化的子空间盲信道估计算法。文献6中提出了一种利用事先计算扩频码的四阶统计量矩阵来降低运算复杂度的信道估计算法。文献7提出一种最大似然的信道估计算法。本论文是直接利用LCCDM

4、A的输出进行信道的盲估计，利用文献3的思想，建立LCCDMA系统模型，用子空间分解方法获得噪声子空间，利用噪声子空间与信号子空间正交的特性，求解出频率选择性多径信道的响应系数。2数学模型 考虑DSCDMA小区中有P个活动用户，其基带信号表示如下：其中：si（m）表示用户i传输给基站的第m个码元数据；i2表示用户i的信号功率；Td表示码元间隔；wi，m（t）表示用户i用于传输码元m的特征波形，他是扩频码和信道冲击响应的卷积。因为系统是采用长码的，其扩频码是时变的，因此特征波形也是时变的。特征波形可以用式（2）表示：其中：ci，m（0），ci，m（1），ci，m（Lc1）是用户的扩频码；Tc表示码

5、片间隔；p（t）表示脉冲成形函数。考虑频率选择性多径传输信道，可以等效一个FIR滤波器，其冲击响应函数可以用式（3）表示：其中：n和n分别表示第n条路径的复增益和时延。他和脉冲成形函数卷积即信道的冲击响应为：假定信道的响应是未知的，同时假定信道的FIR的阶数为L，因此h（t）的有效范围是t0，LTc，有效特征波形wi，m（t）的范围是t0，（LLc1）Tc，在此考虑下行链路，即是各个用户经过相同的信道到接收机。在接收端，用码片速率进行采样（tiTct0，i1，因为有效特征波形wi，m（t）超过一个码元的宽度Td，Y（m）会受到码间串扰ISI。然而因为L<<Lc,比如在IS-95系统

6、中，城市中的延迟是5s，而标准码长间隔是200s，是符合实际条件的，可以将有ISI的部分去掉，只取核心部分，即取采样部分的y（L，m），y（L1，m），y（Lc，式（18）表示扩频码矩阵。3信道估计算法 我们观察到的信号矢量可以表示如下：   从式（23）来看，对于接收的多用户数据，乘以扩频码矩阵的伪逆的过程相当于解相关的过程消除了的影响，保留了信道的冲激响应，由于解相关充分利用了各个用户的扩频码的信息，因此具有消除多址干扰、抗远近效率的能力。    采集了N个数据，并形成的矩阵形式有：  这样，就得到信号矢量Us和噪声矢量Un。由于

7、信道和信号是同一个张量空间，他与噪声空间是正交的，所以有下式成立：    通常，式（26）的解不是惟一的，为了使其解惟一，我们约束信道具有单位范数或者定义其信道的第一个系数为1。这样，通过求解式（26）的信道就是和真实信道相差一个乘法意义下的常数。4仿真试验为了验证算法的可行性，对算法进行了Monte Carlo仿真。并用标准化的RMSE作为误差性能的度量，定义如下：  其中，I表示MonteCarlo的试验次数。（1）试验1观察信噪比SNR与RMSE的曲线情况。试验仿真参数如下：扩频增益为31，用户数8，仿真用的扩频码是序列，信道的参数同文献46一样是

8、随机产生的，并进行了归一化处理。仿真结果如图1所示，从图中可以看到，RMSE小于1，符合实际的情况。（2）试验2观察远近效率比NFR与RMSE之间的关系。仿真参数同试验1，但是固定信噪比SNR为15 dB。试验结果如图2所示，从仿真曲线可以看出，在NFR为0时，RMSE最小，随着NFR的增加，RMSE也增加，符合实际的情况。5结语本文针对频率选择性衰落信道下的LCCDMA通信系统建立一个FIR滤波器信道模型，利用子空间分解的算法对LCCDMA通信系统的下行链路进行信道估计，并用计算机仿真试验表明该算法的有效性。由于本文提出的算法涉及到SVD分解，运算量很大，可以用一些其他的自适应算法来提取噪声

9、分量，这也是下一步研究的方向。参考文献 1Dinan EH，JabbariB，Mason GSpreading codesfor direct sequence CDMA and wideband CDMAcellular networksJIEEE CommunMag，vol36，pp 48-54，sept19982Stefano Buzzi，Poor HVChannelestimation andnultiuser detection in long code DSCDMAsystemsJIEEE TransCommun，Vol19，No8，pp 1476-1487，August 2001

10、3Weisss AJ，Friedlander BChannelestimationfor DSCDMAdownlink with aperiodic spreadingcodesJIEEETransCommun，vol47，pp1561-1569，Oct19994Xu Z，Tsatsanis M KBlind channelestimationfor long code multiuser CDMAsystemsJIEEETransSignal Processing，Vol48，pp9881001，Apr20005Escudero C，Mitra U，Slock DAToeplitz displacementmethod for blind multipath estimation for longcode DSCDMA signalsJIEEETransSignalProcessing，Vol49，PP654-665，Mar20016Zhengyuan XuLowcomplexity multiuser channelestimation with aperiodic spreading codesJIEEE Trans. Signal Processing, Vol.49 No. 11,pp.2813