宽带码分多址系统中多径衰落与多址干扰的影响
原作:Md. Anwar Hossain, Mohammed Tarique. Effect of multipath fading and multiple access interference on broadband code division multiple access systems
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總結
在本文中分析了多徑環境下使用抽頭延遲線(TDL)天線陣列的寬帶CDMA系統中無編碼上行傳輸的性能。推導了一個用來計算寬帶CDMA系統中TDL天線陣列最優加權值的表達式。使用推導的表達式研究了TDL天線陣列的性能,并與現存的窄帶系統進行了對比。仿真結果顯示,TDL天線陣列可以降低多徑衰落與多址干擾。其顯示若信噪比水平保持在20dB且使用兩徑模型,4抽頭2天線可支持30用戶且誤碼率約10?310^{-3}10?3。若使用三徑模型,同樣的天線布局則不能支持30個用戶。為支持30用戶且使誤碼率在10?310^{-3}10?3,抽頭數需提升至8。最后,若使用四徑通道模型,抽頭數需增加至16。不僅如此,信噪比也要增加到25dB才能得到相同的誤碼率。
引文
第四代移動通信系統被設計為可支持100 Mbps-1 Gbps 的高速無線服務。對于高速數據傳輸,由于時間散布,信道變得對頻率選擇十分嚴格。一種有效的無線多徑技術克服了頻率選擇衰落,且可以利用多徑來提升CDMA的傳輸質量。此技術的終極目標為達到并保持所需的系統QoS(QoS(Quality of Service)是服務質量的簡稱)。針對此種系統提出了兩種寬帶CDMA技術,分別為直接序列CDMA(DS-CDMA)與多載波CDMA(MC-CDMA)。MC-CDMA被認為優于DS-CDMA,因為其擁有更少的碼間干擾(ISI)。但文中同樣表示了,DS-CDMA可以達到與之相當的性能——如果選擇了合適的頻域均衡。現而今,MC-CDMA的一種特例,正交頻分復用(OFDM)同樣被認為是一種多載波解決方案,可以抑制多徑衰落效應。一種可選擇的基于傳統單載波調制方法的方案與OFDM有相近的性能,提供了一種頻域均衡,在[1-4]中得到了應用。由于異址干擾(MAI)與ISI限制了傳統DS-CDMA的容量,如去相關、MMSE接收機,多階并行干擾抑制接收機、連續干擾消除接收機、去相關判決反饋接收機等在[5-8]中被提出。在DS-CDMA系統中使用4階并行干擾消除(PIC)接收機,要達到誤碼率10?310^{-3}10?3 需要的信噪比為8dB,而使用反饋算法的單階PIC接收機僅需要2dB[9]。在多用戶檢測(MUD)中使用PIC的效果在[10]中也得到了討論,作者揭示了其在使用CDMA或TDMA與CDMA混合的衛星系統中性能優異。結合使用軟硬PIC檢測器,作者對于使用高階PIC提高MUD性能進行了研究。在[11]中,多徑衰落信道中異步DS-CDMA系統的基于線性預測算法的盲用戶識別(UID)被研究并與現有的基于子空間的UID算法進行了比較;作者總結道:他們提出的算法在異步CDMA系統中有優異的性能。
寬帶CDMA設計為靈活地提供現有的蜂窩系統無法提供的寬帶服務。DS-CDMA對干擾的高容忍度在文章中被描述為其解擴處理擁有抗MAI的能力。自適應天線陣列是另外一個可以通過降低多徑衰落與MAI大大提升鏈路容量與系統收斂的方法。由于多媒體支持所要求的多用戶數量日益增長,交叉項更高的非正交擴頻碼被納入考慮,以此來擴大系統的用戶容量,但這會導致更高的MAI。為降低MAI,可以使用基于天線陣列的波束成形。對于窄帶系統,波束成形器可以通過在每個天線中使用增益與相移元素來實現。對于寬帶系統,相同的系統不再有效,因為通道對空域與頻域都不獨立。因此,我們用TDL實現波束成形器來避免上述問題。這樣的TDL波束成形器可以同時作為空域和頻選濾波器。在[1]中,通過雙徑通道模型探討了寬帶CDMA系統中TDL波束成形器MMSE處理器的性能。作者將問題描述為當用戶由15增至30至60,需要多少天線和TDL。在此討論中,誤碼率保持10?310^{-3}10?3,SNR保持20dB。作者使用一簡單的兩徑通道模型通過視線路徑(LOS)預測地面反射干擾路徑引起的信號變化。此模型將信號傳播特征化為在孤立的區域,只有少量反射源如一條鄉間小路或高速公路。這對于現在城市現實世界移動通信系統來講并不是一個好的信道模型。
本文中,一CDMA系統的寬帶表達式被用來計算TDL天線陣列的最優權值。此表達式被用在一更加現實的信道模型中,我們叫它三徑模型與四徑模型。盡管更復雜的模型如10徑模型在[16]中已經寫過,我們選擇三徑和四徑是因為有資源限制。通過使用這些模型,表明了信號的多徑部分影響使用與[1]中30用戶場景下同樣參數的通信系統的誤碼率。在最差誤碼率條件下天線數與TDL數增加的影響也在本文進行了探討。
總結
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