TD-SCDMA中的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)

謝力迅




一、什么是聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)



　　聯(lián)合檢測(cè)是多用戶(hù)檢測(cè)（Ｍｕｌｔｉ－ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）的一種。ＣＤＭＡ系統(tǒng)中多個(gè)用戶(hù)的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混疊的，接收時(shí)需要在數(shù)字域上用一定的信號(hào)分離方法把各個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分離開(kāi)來(lái)。信號(hào)分離的方法大致可以分為單用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)和多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)兩種。



　　在實(shí)際的ＣＤＭＡ移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于各個(gè)用戶(hù)信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾（ＭＡＩ）存在的根源。由個(gè)別用戶(hù)產(chǎn)生的ＭＡＩ固然很小，可是隨著用戶(hù)數(shù)的增加或信號(hào)功率的增大，ＭＡＩ就成為寬帶ＣＤＭＡ通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾。傳統(tǒng)的ＣＤＭＡ系統(tǒng)信號(hào)分離方法是把ＭＡＩ看作熱噪聲一樣的干擾，導(dǎo)致信噪比嚴(yán)重惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分離看作是各自獨(dú)立的過(guò)程的信號(hào)分離技術(shù)稱(chēng)為單用戶(hù)檢測(cè)（Ｓｉｎｇｌｅ－ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）。ＩＳ－９５等第二代ＣＤＭＡ系統(tǒng)實(shí)際容量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)碼道數(shù)，就是因?yàn)槭褂昧藛斡脩?hù)檢測(cè)技術(shù)。實(shí)際上，由于ＭＡＩ中包含許多先驗(yàn)的信息，如確知的用戶(hù)信道碼，各用戶(hù)的信道估計(jì)等等，因此ＭＡＩ不應(yīng)該被當(dāng)作噪聲處理，它可以被利用起來(lái)以提高信號(hào)分離方法的準(zhǔn)確性。這樣充分利用ＭＡＩ中的先驗(yàn)信息而將所有用戶(hù)信號(hào)的分離看作一個(gè)統(tǒng)一的過(guò)程的信號(hào)分離方法稱(chēng)為多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)（ＭＤ）。根據(jù)對(duì)ＭＡＩ處理方法的不同，多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)可以分為干擾抵消（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）和聯(lián)合檢測(cè)（Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）兩種。其中，干擾抵消技術(shù)的基本思想是判決反饋，首先從總的接收信號(hào)中判決出其中部分的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)和用戶(hù)擴(kuò)頻碼重構(gòu)出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)，再?gòu)目偨邮招盘?hào)中減去重構(gòu)信號(hào)，如此循環(huán)迭代。



　　聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)則指的是充分利用ＭＡＩ，一步之內(nèi)將所有用戶(hù)的信號(hào)都分離開(kāi)來(lái)的一種信號(hào)分離技術(shù)。



二、聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)分析



　　聯(lián)合檢測(cè)是多用戶(hù)檢測(cè)（Ｍｕｌｔｉ－ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）的一種。ＣＤＭＡ系統(tǒng)中多個(gè)用戶(hù)的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混疊的，接收時(shí)需要在數(shù)字域上用一定的信號(hào)分離方法把各個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分離開(kāi)來(lái)。信號(hào)分離的方法大致可以分為單用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)和多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)兩種。


　　在實(shí)際的ＣＤＭＡ移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于各個(gè)用戶(hù)信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾（ＭＡＩ）存在的根源。由個(gè)別用戶(hù)產(chǎn)生的ＭＡＩ固然很小，可是隨著用戶(hù)數(shù)的增加或信號(hào)功率的增大，ＭＡＩ就成為寬帶ＣＤＭＡ通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾。傳統(tǒng)的ＣＤＭＡ系統(tǒng)信號(hào)分離方法是把ＭＡＩ看作熱噪聲一樣的干擾，導(dǎo)致信噪比嚴(yán)重惡化，系統(tǒng)容量也隨之下降。這種將單個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分離看作是各自獨(dú)立的過(guò)程的信號(hào)分離技術(shù)稱(chēng)為單用戶(hù)檢測(cè)（Ｓｉｎｇｌｅ－ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）。ＩＳ－９５等第二代ＣＤＭＡ系統(tǒng)實(shí)際容量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)碼道數(shù)，就是因?yàn)槭褂昧藛斡脩?hù)檢測(cè)技術(shù)。實(shí)際上，由于ＭＡＩ中包含許多先驗(yàn)的信息，如確知的用戶(hù)信道碼，各用戶(hù)的信道估計(jì)等等，因此ＭＡＩ不應(yīng)該被當(dāng)作噪聲處理，它可以被利用起來(lái)以提高信號(hào)分離方法的準(zhǔn)確性。這樣充分利用ＭＡＩ中的先驗(yàn)信息而將所有用戶(hù)信號(hào)的分離看作一個(gè)統(tǒng)一的過(guò)程的信號(hào)分離方法稱(chēng)為多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)（ＭＤ）。根據(jù)對(duì)ＭＡＩ處理方法的不同，多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)可以分為干擾抵消（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）和聯(lián)合檢測(cè)（Ｊｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）兩種。其中，干擾抵消技術(shù)的基本思想是判決反饋，首先從總的接收信號(hào)中判決出其中部分的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)和用戶(hù)擴(kuò)頻碼重構(gòu)出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)，再?gòu)目偨邮招盘?hào)中減去重構(gòu)信號(hào)，如此循環(huán)迭代。



　　聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)則指的是充分利用ＭＡＩ，一步之內(nèi)將所有用戶(hù)的信號(hào)都分離開(kāi)來(lái)的一種信號(hào)分離技術(shù)，它已成為目前第三代移動(dòng)通信技術(shù)中的熱點(diǎn)。


　　傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶(hù)的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理，其接收端用一個(gè)和發(fā)送地址碼（波形）相匹配的匹配濾波器（相關(guān)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在相關(guān)器后直接解調(diào)判決。如果匹配濾波采用的是結(jié)合了信道響應(yīng)的相關(guān)波形，相當(dāng)于是ＲＡＫＥ接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)了利用多徑響應(yīng)的作用。這種方法只有在理想正交的情況下，才能完全消除多址干擾的影響，對(duì)于非理想正交的情況，必然會(huì)產(chǎn)生多址干擾，從而引起誤碼率的提高。TD-SCDMA系統(tǒng)中采用的聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)是在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成ＭＡＩ干擾的所有用戶(hù)信號(hào)及其多徑的先驗(yàn)信息，把用戶(hù)信號(hào)的分離當(dāng)作一個(gè)統(tǒng)一的相互關(guān)聯(lián)的聯(lián)合檢測(cè)過(guò)程來(lái)完成，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，降低了系統(tǒng)對(duì)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。



　　聯(lián)合檢測(cè)的目的就是根據(jù)上式中的Ａ和ｅ估計(jì)出用戶(hù)發(fā)送的原始信號(hào)ｄ。Ａ由所有用戶(hù)的擴(kuò)譜碼以及信道沖激響應(yīng)決定，因此聯(lián)合檢測(cè)算法的前提是能得到所有用戶(hù)的擴(kuò)譜碼和信道沖激響應(yīng)。TD-SCDMA系統(tǒng)中在幀結(jié)構(gòu)中設(shè)置了用來(lái)進(jìn)行信道估計(jì)的訓(xùn)練序列Ｍｉｄａｍｂｌｅ，根據(jù)接收到的訓(xùn)練序列部分信號(hào)和我們已知的訓(xùn)練序列就可以估算出信道沖激響應(yīng)，而擴(kuò)譜碼也是確知的，那么我們就可以達(dá)到估計(jì)用戶(hù)原始信號(hào)ｄ的目的。



　　聯(lián)合檢測(cè)算法的具體實(shí)現(xiàn)方法有多種，大致分為非線(xiàn)性算法、線(xiàn)性算法和判決反饋算法等三大類(lèi)。根據(jù)目前的情況，在TD-SCDMA系統(tǒng)中采用了線(xiàn)性算法中的一種，即迫零線(xiàn)性塊均衡（ＺＦ－ＢＬＥ）法。



　　隨著算法和相應(yīng)基帶處理器處理能力的不斷提高，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也會(huì)越來(lái)越顯著。經(jīng)過(guò)大量的仿真計(jì)算和實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)使用聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)可以為系統(tǒng)帶來(lái)了以下好處：



　　降低干擾。聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的使用可以降低甚至完全消除ＭＡＩ干擾。



　　擴(kuò)大容量。聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)充分利用了ＭＡＩ的所有用戶(hù)信息，使得在相同ＲＡＷ ＢＥＲ的前提下，所需的接收信號(hào)ＳＮＲ可以大大降低，這樣就大大提高了接收機(jī)性能并增加了系統(tǒng)容量。



　　削弱“遠(yuǎn)近效應(yīng)”的影響。由于聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)能完全消除ＭＡＩ干擾，因此產(chǎn)生的噪聲量將與干擾信號(hào)的接收功率無(wú)關(guān)，從而大大減少“遠(yuǎn)近效應(yīng)”對(duì)信號(hào)接收的影響。


　　降低功控的要求。由于聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)可以削弱“遠(yuǎn)近效應(yīng)”的影響，從而降低對(duì)功控模塊的要求，簡(jiǎn)化功率控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)檢測(cè)，功率控制的復(fù)雜性可降低到類(lèi)似于ＧＳＭ的常規(guī)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)系統(tǒng)的水平。



　　聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)已成功的應(yīng)用于TD-SCDMA系統(tǒng)，該技術(shù)在TD-SCDMA系統(tǒng)中的成熟性和可應(yīng)用性是沒(méi)有問(wèn)題的。



三、聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)成本的影響



　　聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)在改善系統(tǒng)性能的同時(shí)還將對(duì)降低無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)成本起到很大的作用，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。



　　第一，由于聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)可以降低干擾，因而提高了系統(tǒng)的容量。特別是對(duì)于容量受限的系統(tǒng)來(lái)講，將減少基站設(shè)備的個(gè)數(shù)，因而大大降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本。



　　第二，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)可以削弱″遠(yuǎn)近效應(yīng)″的影響，從而降低對(duì)功控的復(fù)雜度。這種復(fù)雜度的降低從某種程度上也可以減少對(duì)該模塊的投入，從而降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的成本。



　　總之，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)越性在于它充分利用了所有和ＭＡＩ相關(guān)的先驗(yàn)信息，通過(guò)與其它先進(jìn)技術(shù)如智能天線(xiàn)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到相輔相成的效果。它不僅提高了頻率的利用率，改善了系統(tǒng)性能，同時(shí)還降低了網(wǎng)絡(luò)成本。作為T(mén)D-SCDMA系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)必將能給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)極佳的經(jīng)濟(jì)效益。





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