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关于第三代移动通信系统所采用的3种抗干扰关键技术

浏览:3929  来源:通信人在线  日期:2018-06-27

第三代移动通信系统的主流标准WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000都采用了码分多址方式,CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统,在信息的传输中,存在着多址干扰,多径干扰和远近效应。任何能提高系统抗干扰性能的技术都能提高CDMA的系统容量,这里针对移动通信中存在的各种干扰,对第三代移动通信系统采用的抗干扰关键技术进行了介绍。这些技术包括:空分多址智能天线技术,用于抗多径干扰的RAKE接收技术,抗多址干扰的联合检测技术,并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。

1、智能天线

智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理,自动调整发射和接收方向图,以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址(SDMA)技术,主要包括两个方面:空域滤波和波达方向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布,运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声,以获得尽可能好的信号估计。

智能天线通过自适应算法控制加权,自动调整天线的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而在有用信号方向形成主波束,达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰,同时也减少了小区间干扰。

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线,通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性,并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。

22D-RAKE接收机

所谓2D-RAKE是指在空域和时域二维RAKE,即能执行空间天线分集和多径分集,有效地抑制了多径衰落和多址干扰,该技术在WCDMA系统中得到了很好的利用。

12D-RAKE接收机原理

智能天线抑制干扰的能力在多数情况下受天线阵元个数的限制,且当感兴趣信号存在多个非相关多径时,阵列只保留其中的一路信号,而把零陷对准其它信号,这样,阵列能够减小由非相关多径带来的干扰,但未能发挥路径分集的优势,因而是次最优的。为此,联合时域和空域处理的接收技术成为研究的热点。

当信道存在多径时延扩展,且时延大于一个码片周期时,这些多径信号既是多径干扰,又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。

空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型,以降低DOA可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量,然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器,以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号,而时间多径合并旨在利用有用信号。

与时域和空域一维干扰抑制不同的是,空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件,而是考虑噪声的存在,使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个,一个是空时最小均方误差准则,另外一个是空时最大似然准则(习惯上称作最大似然序列估计MLSE准则)。

22D-RAKE仿真环境参数设置和假设:

WCDMA上行链路,IMT-2000车载A信道模型,天线阵天线采用8阵元均匀线阵,阵元间隔为1/2λ。

物理层参数符合WCDMA要求:1)载波频率:2GHz2Chip速率:3.84Mcps3)采样速率:3.84*8=30.72Msps4OVSF扩频:DPDCH16),DPCCH256);5)不考虑信道编码和交织;6)用户Kasami码加扰

3)仿真结果分析:

1)当天线无过载时(用户数小于8),2D-RAKE接收机比传统RAKE接收机有明显的性能改善,能有效的对抗多址干扰。

2)传统RAKE接收机在没有信道编码时4用户,由于多址干扰严重,BER10-1出现地板效应,而2D-RAKE接收机则可以达到10-2以下的性能,但在10-3出现地板效应。如要获得更好的性能,必须依靠信道编码技术。

3、联合检测技术

传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理,在用户数增多时,导致了信噪比恶化,系统性能和容量都不如人意。联合检测技术是在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息(信号之间的相关性时已知的:如确知的用户信道码,各用户的信道估计),把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成,从而具有优良的抗干扰性能,降低了系统对功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源,显著地提高系统容量,并削弱了“远近效应”的影响。

联合检测用于解决多用户之间的干扰问题,而RAKE接受用于解决多径干扰问题,两者虽然不能直接比较,但实现上可以研究在联合检测前加上RAKE接收的算法。此外,第三代系统对多普勒频移的要求更加严格,如何增加RAKE接收机的分支数目,对多径进行有效地分离、调整、选择与合并,需要更加深入地研究。

由于系统的复杂度和成本考虑,智能天线和联合检测这两种技术主要在基站采用,下一步探索在移动终端使用2D-RAKE或者干扰消除(IC)的可行性。此外学术界还提出了下行链路的多用户传输技术--联合发送(JT),即把联合检测转到发送端来执行,旨在提高下行链路的实际数据传输速率和简化移动台的设计。

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