第三代移動通信系統(tǒng)的主流標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。任何能提高系統(tǒng)抗干擾性能的技術(shù)都能提高CDMA的系統(tǒng)容量,這里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(guān)鍵技術(shù)進行了介紹。這些技術(shù)包括:空分多址智能天線技術(shù),用于抗多徑干擾的RAKE接收技術(shù),抗多址干擾的聯(lián)合檢測技術(shù),并對這些技術(shù)在特定系統(tǒng)中的性能進行了仿真。
1、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(diào)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(shù),主要包括兩個方面:空域濾波和波達方向(DOA)估計。空域濾波(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(shù)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(yīng)算法控制加權(quán),自動調(diào)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(quán)系數(shù)的自動調(diào)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。
智能天線是一種安裝在基站現(xiàn)場的雙向天線,通過一組帶有可編程電子相位關(guān)系的固定天線單元獲取方向性,并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。
2、2D-RAKE接收機
所謂2D-RAKE是指在空域和時域二維RAKE,即能執(zhí)行空間天線分集和多徑分集,有效地抑制了多徑衰落和多址干擾,該技術(shù)在WCDMA系統(tǒng)中得到了很好的利用。
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(dāng)感興趣信號存在多個非相關(guān)多徑時,陣列只保留其中的一路信號,而把零陷對準(zhǔn)其它信號,這樣,陣列能夠減小由非相關(guān)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(shù)成為研究的熱點。
當(dāng)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。2D-RAKE接收機討論最多的是應(yīng)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(guān)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(zhǔn)則。空時處理有名的優(yōu)化準(zhǔn)則有兩個,一個是空時最小均方誤差準(zhǔn)則,另外一個是空時最大似然準(zhǔn)則(習(xí)慣上稱作最大似然序列估計MLSE準(zhǔn)則)。
2)2D-RAKE仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置和假設(shè):
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)仿真結(jié)果分析:
(1)當(dāng)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(yán)重,BER在10-1出現(xiàn)地板效應(yīng),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(yīng)。如要獲得更好的性能,必須依靠信道編碼技術(shù)。
3、聯(lián)合檢測技術(shù)
傳統(tǒng)的接收技術(shù)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(dǎo)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(shù)是在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)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(guān)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(dāng)作一個統(tǒng)一的相互關(guān)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(yīng)”的影響。
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(yán)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(diào)整、選擇與合并,需要更加深入地研究。
由于系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本考慮,智能天線和聯(lián)合檢測這兩種技術(shù)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(xué)術(shù)界還提出了下行鏈路的多用戶傳輸技術(shù)--聯(lián)合發(fā)送(JT),即把聯(lián)合檢測轉(zhuǎn)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(shè)計。