第三代移動通信系統(tǒng)抗干擾關鍵技術

　　1 引言

　　第三代移動通信系統(tǒng)的主流標準WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000都采用了碼分多址方式，CDMA碼分多址系統(tǒng)是一個干擾受限制系統(tǒng)，在信息的傳輸中，存在著多址干擾，多徑干擾和遠近效應。任何能提高系統(tǒng)抗干擾性能的技術都能提高CDMA的系統(tǒng)容量，本文針對移動通信中存在的各種干擾，對第三代移動通信系統(tǒng)采用的抗干擾關鍵技術進行了介紹。這些技術包括：空分多址智能天線技術，用于抗多徑干擾的RAKE接收技術，抗多址干擾的聯(lián)合檢測技術，并對這些技術在特定系統(tǒng)中的性能進行了仿真。

　　2 智能天線

　　智能天線利用多個天線陣元的組合進行信號處理，自動調整發(fā)射和接收方向圖，以針對不同的信號環(huán)境達到最優(yōu)性能。智能天線是一種空分多址（SDMA）技術,主要包括兩個方面：空域濾波和波達方向（DOA）估計�？沼驗V波（也稱波束賦形）的主要思想是利用信號、干擾和噪聲在空間的分布，運用線性濾波技術盡可能地抑制干擾和噪聲，以獲得盡可能好的信號估計。

　　智能天線通過自適應算法控制加權，自動調整天線的方向圖，使它在干擾方向形成零陷，將干擾信號抵消，而在有用信號方向形成主波束，達到抑制干擾的目的。加權系數(shù)的自動調整就是波束的形成過程。智能天線波束成型大大降低了多用戶干擾，同時也減少了小區(qū)間干擾。

　　3 2D-RAKE接收機

　　3.1 2D-RAKE接收機原理

　　智能天線抑制干擾的能力在多數(shù)情況下受天線陣元個數(shù)的限制，且當感興趣信號存在多個非相關多徑時，陣列只保留其中的一路信號，而把零陷對準其它信號，這樣，陣列能夠減小由非相關多徑帶來的干擾，但未能發(fā)揮路徑分集的優(yōu)勢，因而是次最優(yōu)的。為此，聯(lián)合時域和空域處理的接收技術成為研究的熱點。

　　當信道存在多徑時延擴展，且時延大于一個碼片周期時，這些多徑信號既是多徑干擾，又是一些有價值的分集源,由此產(chǎn)生了2D-RAKE接收機。目前2D-RAKE接收機討論最多的是應用在WCDMA上行鏈路。

　　空時RAKE接收機首先對存在角度擴展的多個路徑分量進行波束成型，以降低DOA可分辨的其它用戶信號產(chǎn)生的多址干擾或期望信號的非相關多徑分量，然后將經(jīng)過空間濾波后的信號送入RAKE合并器，以充分利用延遲可分辨的期望信號的多個路徑的能量。空間波束形成旨在衰減干擾信號，而時間多徑合并旨在利用有用信號。

　　與時域和空域一維干擾抑制不同的是，空時二維干擾抑制不再使用強迫置零條件，而是考慮噪聲的存在，使用優(yōu)化準則�？諘r處理有名的優(yōu)化準則有兩個，一個是空時最小均方誤差準則，另外一個是空時最大似然準則（習慣上稱作最大似然序列估計MLSE準則）。

　　3.2 2D-RAKE仿真環(huán)境參數(shù)設置和假設：

　　WCDMA上行鏈路，IMT-2000車載A信道模型，天線陣天線采用8陣元均勻線陣，陣元間隔為1/2λ。

　　物理層參數(shù)符合WCDMA要求：1) 載波頻率：2GHz ；2）Chip速率：3.84Mcps ；3）采樣速率：3.84*8=30.72Msps；4）OVSF擴頻：DPDCH（16），DPCCH（256）；5）不考慮信道編碼和交織；6）用戶Kasami碼加擾

　　3.3 仿真結果分析：

　�。�1）當天線無過載時（用戶數(shù)小于8），2D-RAKE接收機比傳統(tǒng)RAKE接收機有明顯的性能改善，能有效的對抗多址干擾。

　�。�2）傳統(tǒng)RAKE接收機在沒有信道編碼時4用戶，由于多址干擾嚴重，BER在10-1出現(xiàn)地板效應，而2D-RAKE接收機則可以達到10-2以下的性能，但在10-3出現(xiàn)地板效應。如要獲得更好的性能，必須依靠信道編碼技術。

　　4 聯(lián)合檢測技術

　　傳統(tǒng)的接收技術是針對某一用戶進行信號檢測而把其他用戶作為噪聲加以處理，在用戶數(shù)增多時，導致了信噪比惡化，系統(tǒng)性能和容量都不如人意。聯(lián)合檢測技術是在傳統(tǒng)檢測技術的基礎上，充分利用造成多址干擾的所有用戶信號及其多徑的先驗信息（信號之間的相關性時已知的：如確知的用戶信道碼，各用戶的信道估計），把用戶信號的分離當作一個統(tǒng)一的相互關聯(lián)的聯(lián)合檢測過程來完成，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源，顯著地提高系統(tǒng)容量，并削弱了“遠近效應”的影響。

　　5 智能天線結合聯(lián)合檢測（SA+JD）在TD-SCDMA中的應用

　　5.1 SA+JD的工作原理

　　TD-SCDMA系統(tǒng)結合使用了智能天線和聯(lián)合檢測技術：1）智能天線消除小區(qū)間干擾，聯(lián)合檢測消除小區(qū)內干擾，兩者配合使用；2）智能天線緩解了聯(lián)合檢測過程中信道估計的不準確對系統(tǒng)性能惡化的影響；3）當用戶增多時，聯(lián)合檢測的計算量非常大，智能天線的使用減少了潛在的多用戶; 4）智能天線的陣元數(shù)有限，對于M個陣元的智能天線只能抑制M-1個干擾源，而且所形成的副瓣對其它用戶而言仍然是干擾，只能結合聯(lián)合檢測來減少這些干擾；5）在用戶高速移動下，TDD模式上下行采用同樣空間參數(shù)使得波束成型有偏差；用戶在同一方向時，智能天線不能起到作用；還有對時延超過一個碼片的多徑造成的碼間干擾都需要聯(lián)合檢測來彌補。

　　5.2 SA+JD仿真環(huán)境參數(shù)設置：

　　TD-SCDMA上行鏈路,單小區(qū)，IMT-2000的室內、步行和車載A信道模型，天線陣天線采用8陣元均勻線陣，陣元間隔為1/2λ。

　　物理層參數(shù)符合TD-SCDMA要求：1）載波帶寬1.6MHz ；2）Chip速率：1.28Mcps；3）不考慮信道編碼和交織 。

　　5.3 仿真結果分析

　　仿真結果表明，通過智能天線和聯(lián)合檢測相結合，TD-SCDMA系統(tǒng)能在ITU要求的三種多徑環(huán)境下工作在滿碼道，同時具有較好的抗干擾性能。

　　6 第三代移動通信系統(tǒng)抗干擾技術的展望

　　聯(lián)合檢測用于解決多用戶之間的干擾問題，而RAKE接受用于解決多徑干擾問題，兩者雖然不能直接比較，但實現(xiàn)上可以研究在聯(lián)合檢測前加上RAKE接收的算法。此外，第三代系統(tǒng)對多普勒頻移的要求更加嚴格，如何增加RAKE接收機的分支數(shù)目，對多徑進行有效地分離、調整、選擇與合并，需要更加深入地研究。

　　由于系統(tǒng)的復雜度和成本考慮，智能天線和聯(lián)合檢測這兩種技術主要在基站采用，下一步探索在移動終端使用2D-RAKE或者干擾消除（IC）的可行性。此外學術界還提出了下行鏈路的多用戶傳輸技術--聯(lián)合發(fā)送（JT），即把聯(lián)合檢測轉到發(fā)送端來執(zhí)行，旨在提高下行鏈路的實際數(shù)據(jù)傳輸速率和簡化移動臺的設計。

　　參 考 文 獻

　　[1] 謝顯中，《TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)技術與實現(xiàn)》，電子工業(yè)出版社

　　[2] 康紹莉，裘正定，李世鶴，“線性聯(lián)合檢測算法在TD-SCDMA系統(tǒng)中的性能分析與比較”，《通信學報》2002年第6期

　　[3] Han shuangfeng，Wang youzheng, Wang jing“Performance Comparison of 2D-RAKE and smart antenna”，IEEE，0-7803-7484-3/02

　　胡 潔 系重慶郵電學院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)研究生，研究方向“個人通信”，導師為謝顯中。


----《中國數(shù)據(jù)通信》