CDMA系統(tǒng)中2D RAKE接收機(jī)的性能研究[圖]

CDMA技術(shù)是無(wú)線通信中的關(guān)鍵技術(shù)，目前在IS-95系統(tǒng)、WCDMA、CDMA2000第三代移動(dòng)通信中均有應(yīng)用，然而提高CDMA系統(tǒng)容量仍然是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。CDMA系統(tǒng)容量受限主要是由于分配給不同用戶的PN序列互相關(guān)不為零所引起的多址干擾(MAI)及用戶自身引起的白干擾(即多徑干擾，MPI)。因此，減少多用戶引起的MAI和多徑傳播引起的MPI，可以提高CDMA系統(tǒng)的容量。

CDMA系統(tǒng)中，為了減少多徑衰落的不利影響，一般在接收端采用具有多徑分集功能的RAKE接收機(jī)。隨著智能天線技術(shù)的出現(xiàn)，將天線陣的空域處理與傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)的時(shí)域處理相結(jié)合，即構(gòu)成空時(shí)RAKE(2-D RAKE)接收機(jī)。文獻(xiàn)[2]最初提出2-DRAKE的概念，這種接收機(jī)將空域和時(shí)域結(jié)合起來(lái)進(jìn)行信號(hào)處理，相對(duì)于傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)而言，性能有較大改善，它可將天線陣接收到的期望用戶多徑信號(hào)合并到一起，同時(shí)獲得時(shí)間分集和空間分集的好處。但傳統(tǒng)的空時(shí)RAKE接收機(jī)不能有效地抑制多用戶CDMA系統(tǒng)中的多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題。

多級(jí)干擾抵消通過(guò)對(duì)干擾信號(hào)重構(gòu)并從接收信號(hào)中刪除來(lái)改善系統(tǒng)性能和容量，而自適應(yīng)天線通過(guò)將主波束指向期望用戶，并將零陷指向非期望用戶減少干擾，與期望用戶到達(dá)角不同的信號(hào)則被削弱。文獻(xiàn)[3]中，將干擾抵消技術(shù)與自適應(yīng)天線結(jié)合起來(lái)，使系統(tǒng)性能大有改善�？諘r(shí)RAKE接收機(jī)與干擾抵消結(jié)合起來(lái)稱為聯(lián)合空時(shí)干擾抵消接收機(jī)，但是此種接收機(jī)的主要問(wèn)題是計(jì)算復(fù)雜性比較高，解決此問(wèn)題的一個(gè)方法就是進(jìn)行預(yù)波束賦形，利用FFT波束形成器形成正交波束，使得從不同角度獲取信號(hào)功率更容易，因此，2-D RAKE接收機(jī)所需要的指峰數(shù)將減少且系統(tǒng)性能無(wú)損耗。本文系統(tǒng)地比較了傳統(tǒng)2-D RAKE接收機(jī)，聯(lián)合空時(shí)干擾抵消接收機(jī)，基于FFT匹配濾波的2-DRAKE接收機(jī)性能，主要從接收機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理出發(fā)進(jìn)行分析。

首先介紹接收機(jī)的信道模型及結(jié)構(gòu)，然后分析了各種接收機(jī)的性能，最后得出結(jié)論并討論其中存在的一些問(wèn)題。

1 系統(tǒng)模型

多用戶直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)采用BPSK調(diào)制方式，則每一用戶的等效傳輸基帶信號(hào)為：

式中：dk(t)是間隔為T(mén)b的二進(jìn)制數(shù)據(jù)源信號(hào)：

ck(t)為用戶k的擴(kuò)頻波形，碼片間隔為T(mén)c，有：

式中：aq(k)是第k個(gè)用戶在第q個(gè)碼片間隔的碼序列；是等概率取±1的第j個(gè)數(shù)據(jù)比特；p(τ1，τ2)為矩形脈沖。假定信號(hào)服從多徑瑞利衰落，第k個(gè)用戶到達(dá)第l個(gè)陣元的信道沖激響應(yīng)為：

式中：N為信道多徑總數(shù)；αk,i是信道復(fù)衰落系數(shù)；τk,i為路徑延時(shí)；為每一陣元的相位偏移，θk,i為第k個(gè)用戶在第i條路徑的到達(dá)角，d為陣元間距(一般取λ／2，λ為載波波長(zhǎng))；τk,i為路徑延時(shí)，且θk,i和τk,i服從幾何單反射橢圓模型。因此，在第l個(gè)陣元接收到的信號(hào)為：

式中：n(l)(t)是均值為0，方差為的高斯噪聲。

2 接收機(jī)結(jié)構(gòu)

本文介紹三種接收機(jī)的結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)的2-D RAKE接收機(jī)，基于干擾抵消的2-D RAKE接收機(jī)和基于FFT的2-D RAKE接收機(jī)。

2．1 2-D RAKE接收機(jī)

在獲得信道的空時(shí)模型后，空時(shí)二維RAKE接收機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于可以利用信道的多徑結(jié)構(gòu)獲得路徑分集。傳輸信號(hào)的碼結(jié)構(gòu)使得接收機(jī)能夠在時(shí)域上分離大于碼片間隔Tc的多徑信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)最大比合并能夠提高輸出信干噪比(SINR)。利用陣列天線在分離多徑過(guò)程中加入新的空間維，使得分離多徑信號(hào)成為可能，即使這些信號(hào)在時(shí)域不可分離。因此，也就產(chǎn)生了2-D RAKE接收機(jī)的概念。接收端的接收信號(hào)如式(3)所示，2-D RAKE接收機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

作者：姚麗娜 周圍 來(lái)源：現(xiàn)代電子技術(shù)