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wcdma移動(dòng)通信系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的探究(參考版)

2024-10-30 10:59本頁(yè)面
  

【正文】 28 。 WCDMA 系統(tǒng)中的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是一個(gè)很有實(shí)用價(jià)值的課題,涉及的理論和算法也很多。接下來(lái),我們討論了多用戶(hù)檢測(cè)和聯(lián)合檢測(cè)兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在介紹空時(shí)碼時(shí),通過(guò)分層空時(shí)碼和基于發(fā)射機(jī)的分時(shí)碼兩方面,從其結(jié)構(gòu)模型,分類(lèi)以及兩種的不同比較來(lái)闡述空時(shí)碼的作用及應(yīng)用環(huán)境。本論文結(jié)合 WCDMA 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)智能天線(xiàn),空時(shí)碼,多用戶(hù)檢測(cè)和聯(lián)合檢測(cè)四個(gè)方面,通過(guò)理論分析,探討了他們?cè)僭摷夹g(shù)中的關(guān)鍵作用并對(duì)其在各個(gè)方面的未來(lái)研究方向作了一定的預(yù)測(cè)。 27 第 4 章 總結(jié)全文 隨著全球移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展, WCDMA 的關(guān)鍵技術(shù)引起了人們?nèi)找鎻V泛的重視和越來(lái)越深入的研究。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。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 。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。 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)。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)( Jonit Detection)兩種。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)。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。 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。 聯(lián)合檢測(cè) 聯(lián)合檢測(cè)的簡(jiǎn)介 聯(lián)合檢測(cè)是多用戶(hù)檢測(cè)( Multi— user Detection)的一種。在這種情況下小區(qū)間的多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)急待研究?,F(xiàn)有的多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)主要集中在小區(qū)內(nèi)干擾的消除。得到信道傳輸?shù)哪婢仃?T,就可以將多用戶(hù)信號(hào)經(jīng)過(guò) K 個(gè)匹配濾 波器的輸出,再通過(guò)此逆矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算,以等效地消除各用戶(hù)擴(kuò)頻序列間的相關(guān)性,從而達(dá)到消除多址干擾的目的。從結(jié)構(gòu)上看,多用戶(hù)檢測(cè)又分為線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)及非線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)方法。根據(jù)上面多用戶(hù)檢測(cè)的定義,在不同的準(zhǔn)則下,多用戶(hù)檢測(cè)具有不同的分類(lèi)方法。多用戶(hù)檢測(cè)的主要缺點(diǎn)是大大增加設(shè)備的復(fù)雜度;增加系統(tǒng)時(shí)延;通過(guò)不停的信道估計(jì)來(lái)獲取用戶(hù)擴(kuò)頻碼的主要特征參量,信道估計(jì)的精度直接影響多用戶(hù)檢測(cè)的性能。 增加通信距離,增大基站的覆蓋面積,降低了基站綜合成本。另一方面,表現(xiàn)為降低了 UE 射頻部分的成本及故障率。用戶(hù)數(shù)的增加,意味著更高的無(wú)線(xiàn) 24 頻譜效率。雖然最佳檢測(cè)器有極好的性能,但算法的復(fù)雜度太高,實(shí)現(xiàn)困難。最佳多用戶(hù)檢測(cè)器就是最大似然序列估計(jì) (MLSE)檢測(cè)器,該檢測(cè)器將產(chǎn)生最大似然序列 b,依據(jù)從接收信號(hào) r(t)中找出發(fā)送的序列 b,使得b 的概率最大化。 1979 年 提出多用戶(hù)檢測(cè)( MultipleUser Detection,MUD)的概念以來(lái),經(jīng)過(guò) 20 余年的發(fā)展,是 1986 年 Verdu 提出最佳多用戶(hù)檢測(cè)算法以后,多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)成為無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域最重要的學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)之一。由于信道的非正交性和不同用戶(hù)擴(kuò)頻碼字的非正交性,導(dǎo)致用戶(hù)間存在相互干擾,多用戶(hù)檢測(cè)的作用就是去除多用戶(hù)之間的相互干擾。實(shí)際容量的增加取決于算法的有效性、無(wú)線(xiàn)環(huán)境和系統(tǒng)負(fù)載。上下方編碼器的記 憶長(zhǎng)度為 v 和 w。因?yàn)? STC 的使用,那里必須有多個(gè)傳輸天線(xiàn),但是僅一單個(gè)接收天線(xiàn)是必需的,然而多個(gè)接收天線(xiàn)經(jīng)常被使用,因?yàn)檫@樣做系統(tǒng)的功能被改進(jìn)了。 空時(shí)格狀編碼( STTC)是用在多個(gè)無(wú)線(xiàn)通信中的一類(lèi)時(shí)空編碼( STC)。 它 是空間傳輸信號(hào)和時(shí)間傳輸信號(hào)的結(jié)合,實(shí)質(zhì)上就是空間和 時(shí)間二維的處理相結(jié)合的方法。用這樣的方法可以獲得分集和編碼增益,從而實(shí)現(xiàn)高速率的傳輸。 圖 : 空時(shí)分組 碼得系統(tǒng)框圖 如圖是空時(shí)分組碼的系統(tǒng)框圖,如果信號(hào)星座圖的大小為 b2 ,發(fā)送天線(xiàn)的數(shù)量為 N,接收天線(xiàn)數(shù)量為 M,分時(shí)空組碼得編碼器將輸入的 Nb 比特的信息映射成星座圖中 N各信號(hào)點(diǎn),然后利用這 N個(gè)信號(hào)點(diǎn)來(lái)構(gòu)造正交設(shè)計(jì)矩陣 C=????*21ss ???*12ss矩陣 C中的元素經(jīng)過(guò) N 個(gè)發(fā)送天線(xiàn)在 N個(gè) 時(shí)隙內(nèi)發(fā)送出去,其中矩陣的第 i 列對(duì)應(yīng)第 i個(gè)發(fā)送天線(xiàn),第 j行的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)隙 j 內(nèi)同時(shí)發(fā)送出去的信號(hào)。 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼 基于發(fā)射分集的空時(shí)碼,按照編碼方式的不同分為:空時(shí)分組碼和空時(shí)網(wǎng)格碼。圖中 N 個(gè)并行的信道編碼器用iCC ,i =1,2,...N 表示,經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)流通過(guò)并行的編碼器之后的輸出如下圖 所示: ? ? ? ? ? 圖 分層空時(shí)碼向量編碼器示意圖 串并轉(zhuǎn)換 空時(shí)編碼器 CC0 CC1 調(diào)制器 調(diào)制器 CCN1 調(diào)制器 CC0 CC1 CCN1 C00 C01 C02 CN12 C10 CN10 CN11 C12 C11 解調(diào)信道 估計(jì)譯碼 20 其中 ijC 表示第 i個(gè)編碼器的第 j 個(gè)輸出 圖 中的分層空時(shí)編碼器把各個(gè)信道編碼器的并行輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的安排來(lái)構(gòu)造一個(gè)矩陣 C,按照不同的編排方式,分層空時(shí)碼可以分為水平層空時(shí)碼( HLST)和垂直分層空時(shí)碼( VLST),分別如圖 和 所示。該技術(shù)將一維編碼方法同空間維度的傳輸結(jié)合起來(lái),使得解碼端的復(fù)雜度僅僅隨天線(xiàn)數(shù)目的增加線(xiàn)性增長(zhǎng),而不是如二維空時(shí)碼一樣呈指數(shù)增長(zhǎng)。 4)最小方差準(zhǔn)則: 最佳加權(quán)使得陣列輸出噪聲的方差最小; 空時(shí)編碼 空時(shí)編碼是 WCDMA 通信系統(tǒng)中又一關(guān)鍵技術(shù),它對(duì)于提高利用率是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn),而近年來(lái)提出的空時(shí)編碼又是其關(guān)鍵技術(shù)之一 .從當(dāng)前的研究情況來(lái)看,空時(shí)編碼技術(shù)主要分為以下兩大類(lèi):一是分層空時(shí)碼( LST);二是基于發(fā)射分集的空時(shí)分組碼和空時(shí)格碼 .由于空時(shí)編碼具有良好的頻帶利用率及性能, 3GPP 已將空時(shí)分組碼作為一可選方案列在所提規(guī)范之中 .相信在不遠(yuǎn)的將來(lái),空時(shí)編 碼必將廣泛應(yīng)用于未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中。 圖 最小均方誤差 matlab 仿真圖形 2)最大信噪比準(zhǔn)則: 最大信噪比準(zhǔn)則是使系統(tǒng)輸出信噪比達(dá)到最大,以滿(mǎn)足系統(tǒng)誤碼率的要求,天線(xiàn)輸出信號(hào)干擾噪聲比 SINR,簡(jiǎn)稱(chēng)信噪比 SNR,最大信噪比準(zhǔn)則性能函數(shù)為: 18 ? ?? ?wRwwRwwRwnynyEnyES N RwnnHiiHssHnis ????? 222)()()()J ( ( ) 其中, ssR 期望信號(hào)的自相關(guān)矩陣, iiR 和 ssR 分別為干擾信號(hào)和噪聲的自相關(guān)矩陣,則可求解最佳權(quán)矢量 aRR nniiSN R 1)W ???? ? ( ) 可以證明此收斂于最優(yōu)維納解其中 ? 為一純量, a 為期望信號(hào)的空間特征矢量。最小均方誤差準(zhǔn)則性能函數(shù)為 ? ? ? ? ? ? wRwRwndEneEw xxHxdH ???? Re2)()()(J 22 ( ) 17 其中 xdr 為接收信號(hào) )(nx 與參考信號(hào) )(nd 的互相關(guān)矢量;而 xxR 為 )(nx 的相關(guān)矩陣。智能天線(xiàn)可以有不同的性能度量準(zhǔn)則,準(zhǔn)則的選取出了與所選擇的自適應(yīng)算法有關(guān)外,不同性能準(zhǔn)則適合于不同接收環(huán)境,而且其計(jì)量和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度也不一樣。 15 波束形成網(wǎng)絡(luò) 模數(shù)轉(zhuǎn)換 本地參信號(hào) 天線(xiàn)陣 圖 智能天線(xiàn)體系模型 智能天 線(xiàn)的信號(hào)模型 在多用戶(hù)情況下, K:系統(tǒng)中的用戶(hù)數(shù); M:天線(xiàn)陣元個(gè)數(shù);則在頻率選擇性衰落情況下,接收到的第 K 個(gè)用戶(hù)的信號(hào)矢量為:(其中 kL 表示第 K 個(gè)用戶(hù)的多徑數(shù), lk,? 表示第 K個(gè)用戶(hù)第 l徑的復(fù)信道增益) )()()( ,1, lkklkLllkk tsatxk ??? ?? ???? () 則在平坦衰落情況下,接收到的第 K個(gè)用戶(hù)的信號(hào)矢量為: A/D 或 D/A 轉(zhuǎn) 換 W1 W2 _ Wn ? 自適應(yīng)算法 數(shù)字信號(hào)處理 16 )()()(,1 , , tsaetx klkLljwlkkklk ?? ? ?? ???? ( ) 則其信號(hào)模型為: S(x? ,t)=A exp[ j(wt kxx kyykzz)] =A exp[j(wtx? ? k? )] 記 wk/???? =A exp[jw(tx? ?
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