蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)低復(fù)雜度多用戶(hù)干擾抑制方法研究.pdf

1、在多用戶(hù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中,若多個(gè)用戶(hù)的發(fā)送或接收信號(hào)占據(jù)同一時(shí)頻資源塊,則會(huì)產(chǎn)生多用戶(hù)干擾。與系統(tǒng)噪聲相比,多用戶(hù)干擾往往對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)性能的影響更大,因此,對(duì)多用戶(hù)干擾進(jìn)行有效抑制是提升多用戶(hù)通信系統(tǒng)性能的重要手段。
　　多用戶(hù)干擾產(chǎn)生于第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中。作為碼分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)系統(tǒng)的特例,交織區(qū)分多址(Interleave-Division Multiple-

2、Access, IDMA)系統(tǒng)已成為近年來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而IDMA系統(tǒng)由于多用戶(hù)干擾的存在降低了接收端信干噪比,同步較為困難;同時(shí),迭代多用戶(hù)檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度仍然較高。能否有效解決這些問(wèn)題將成為IDMA系統(tǒng)能否真正實(shí)用的關(guān)鍵。在多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)中,多個(gè)用戶(hù)的發(fā)送或接收信號(hào)占有同一時(shí)頻資源塊,因此同樣存在多用戶(hù)干擾抑制的問(wèn)題。對(duì)于多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的上行鏈路,多用戶(hù)干擾抑制問(wèn)題即為多用戶(hù)檢測(cè)問(wèn)題;對(duì)于多用戶(hù)MIMO系統(tǒng)的下行

3、鏈路,多用戶(hù)干擾抑制問(wèn)題則為預(yù)編碼問(wèn)題。本文對(duì)這些問(wèn)題均提出了一些新的方案或算法,使其在有效抑制多用戶(hù)干擾或消除多用戶(hù)干擾影響的同時(shí)更易于實(shí)現(xiàn)。具體而言,研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:
　　第一,對(duì)IDMA系統(tǒng)的同步技術(shù)進(jìn)行研究。為降低多用戶(hù)干擾對(duì)IDMA系統(tǒng)同步性能的影響,提出了一種系統(tǒng)同步捕獲解決方案。對(duì)于IDMA系統(tǒng)的同步,直覺(jué)的方法是將傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)中滑動(dòng)本地?cái)U(kuò)頻碼片的捕獲方式變?yōu)镮DMA中滑動(dòng)本地交織器的方式,此種方法

4、的計(jì)算復(fù)雜度非常高,不宜在實(shí)際中采納。本文提出一種 IDMA系統(tǒng)的同步技術(shù),通過(guò)在該系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)末端加入擴(kuò)頻操作,同時(shí)在接收機(jī)前端加入解擴(kuò)操作,可有效將CDMA系統(tǒng)的同步技術(shù)平滑過(guò)渡到IDMA系統(tǒng)中來(lái),進(jìn)而解決 IDMA系統(tǒng)同步問(wèn)題。本文通過(guò)仿真證明了該系統(tǒng)在有效實(shí)現(xiàn)同步的過(guò)程中,可達(dá)到與傳統(tǒng)IDMA相近的誤碼率性能。
　　第二,提出一種低復(fù)雜度低時(shí)延多用戶(hù)干擾抑制方案,即分組擴(kuò)頻交織分多址(Grouped Spread Inte

5、rleave-Division Multiple-Access, GSIDMA)。該方案利用IDMA接收機(jī)良好的抗多用戶(hù)干擾能力,同時(shí)聯(lián)合CDMA系統(tǒng)良好的抗多徑衰落和用戶(hù)分離能力,可在性能與IDMA系統(tǒng)逼近的前提下,進(jìn)一步降低系統(tǒng)終端的復(fù)雜度和譯碼時(shí)延,提高處理的實(shí)時(shí)性。本文利用國(guó)際上分析迭代收斂過(guò)程的主流方法,外信息轉(zhuǎn)移(Extrinsic Information Transfer, EXIT)圖,對(duì)GSIDMA系統(tǒng)的迭代過(guò)程進(jìn)行分

6、析,為其性能分析提供了理論依據(jù)。對(duì)該方案在準(zhǔn)靜態(tài)單徑和多徑信道下的性能進(jìn)行分析與仿真,結(jié)果表明,在一定總用戶(hù)數(shù)情況下,GSIDMA系統(tǒng)的誤碼率性能均接近單用戶(hù)性能,因此具有良好的多用戶(hù)干擾抑制能力。
　　第三,對(duì)多用戶(hù)MIMO上行鏈路的多用戶(hù)檢測(cè)算法進(jìn)行研究,并針對(duì)迫零排序串行干擾消除(Zero-Forcing Ordered Successive Interference Cancellation, ZF-OSIC)檢測(cè)方法復(fù)雜

7、度較高的問(wèn)題,提出一種低復(fù)雜度的快速遞歸檢測(cè)算法。算法的提出基于兩個(gè)數(shù)學(xué)命題,首先引出這兩個(gè)數(shù)學(xué)命題且給予證明,并利用該數(shù)學(xué)引理成功構(gòu)建了該快速遞歸檢測(cè)算法的核心部分。提出算法的計(jì)算復(fù)雜度為快速遞歸算法(FRA)的42.9％,同時(shí)具有更為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu);該算法還具有無(wú)需矩陣行列置換及低存儲(chǔ)空間的優(yōu)勢(shì),而其它具有該優(yōu)勢(shì)的ZF-OSIC快速算法的計(jì)算復(fù)雜度為本算法的1.6倍以上。在實(shí)際天線(xiàn)數(shù)情況下,本算法的誤碼性能接近最優(yōu)性能,保證了上述復(fù)

8、雜度比較的公平性。
　　第四,對(duì)多用戶(hù)MIMO下行鏈路的多用戶(hù)預(yù)編碼算法進(jìn)行研究?；趶V義奇異值分解(Generalized Singular Value Decomposition, GSVD)的信漏噪比(Signal to Leakage-and-Noise Ratio, SLNR)預(yù)編碼器的產(chǎn)生需要進(jìn)行奇異值分解,因此計(jì)算復(fù)雜度較高。本文基于Fukunaga- Koontz(FK)變換,提出了一種新的基于SLNR的預(yù)編碼算法