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�。ㄖ貞c郵電學(xué)院移動(dòng)通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶400065）
摘 要 智能天線，RAKE以及聯(lián)合檢測(cè)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的抗干擾關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)用于減少CDMA碼分多址系統(tǒng)的各種干擾，提高系統(tǒng)容量。本文對(duì)這幾種技術(shù)進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上，分別就智能天線結(jié)合RAKE(2D-RAKE),智能天線結(jié)合聯(lián)合檢測(cè)（SA+JD）的性能在特定的系統(tǒng)下進(jìn)行仿真。最后，本文還簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)的一些抗干擾的新技術(shù)和新思路。
關(guān)鍵詞 碼分多址 智能天線 RAKE 聯(lián)合檢測(cè)
1 引言
第三代移動(dòng)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(gè)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(yuǎn)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，本文針對(duì)移動(dòng)通信中存在的各種干擾，對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的抗干擾關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(cè)技術(shù)，并對(duì)這些技術(shù)在特定系統(tǒng)中的性能進(jìn)行了仿真。
2 智能天線
智能天線利用多個(gè)天線陣元的組合進(jìn)行信號(hào)處理，自動(dòng)調(diào)整發(fā)射和接收方向圖，以針對(duì)不同的信號(hào)環(huán)境達(dá)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(gè)方面：空域?yàn)V波和波達(dá)方向（DOA）估計(jì)�？沼�?yàn)V波（也稱波束賦形）的主要思想是利用信號(hào)、干擾和噪聲在空間的分布，運(yùn)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(hào)估計(jì)。
智能天線通過自適應(yīng)算法控制加權(quán)，自動(dòng)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(hào)抵消，而在有用信號(hào)方向形成主波束，達(dá)到抑制干擾的目的。加權(quán)系數(shù)的自動(dòng)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(shí)也減少了小區(qū)間干擾。
3 2D-RAKE接收機(jī)
3.1 2D-RAKE接收機(jī)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(gè)數(shù)的限制，且當(dāng)感興趣信號(hào)存在多個(gè)非相關(guān)多徑時(shí)，陣列只保留其中的一路信號(hào)，而把零陷對(duì)準(zhǔn)其它信號(hào)，這樣，陣列能夠減小由非相關(guān)多徑帶來(lái)的干擾，但未能發(fā)揮路徑分集的優(yōu)勢(shì)，因而是次最優(yōu)的。為此，聯(lián)合時(shí)域和空域處理的接收技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。
當(dāng)信道存在多徑時(shí)延擴(kuò)展，且時(shí)延大于一個(gè)碼片周期時(shí)，這些多徑信號(hào)既是多徑干擾，又是一些有價(jià)值的分集源,由此產(chǎn)生了2D-RAKE接收機(jī)。目前2D-RAKE接收機(jī)討論最多的是應(yīng)用在WCDMA上行鏈路。
空時(shí)RAKE接收機(jī)首先對(duì)存在角度擴(kuò)展的多個(gè)路徑分量進(jìn)行波束成型，以降低DOA可分辨的其它用戶信號(hào)產(chǎn)生的多址干擾或期望信號(hào)的非相關(guān)多徑分量，然后將經(jīng)過空間濾波后的信號(hào)送入RAKE合并器，以充分利用延遲可分辨的期望信號(hào)的多個(gè)路徑的能量。空間波束形成旨在衰減干擾信號(hào)，而時(shí)間多徑合并旨在利用有用信號(hào)。
與時(shí)域和空域一維干擾抑制不同的是，空時(shí)二維干擾抑制不再使用強(qiáng)迫置零條件，而是考慮噪聲的存在，使用優(yōu)化準(zhǔn)則�？諘r(shí)處理有名的優(yōu)化準(zhǔn)則有兩個(gè)，一個(gè)是空時(shí)最小均方誤差準(zhǔn)則，另外一個(gè)是空時(shí)最大似然準(zhǔn)則（習(xí)慣上稱作最大似然序列估計(jì)MLSE準(zhǔn)則）。
3.2 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(kuò)頻：DPDCH（16），DPCCH（256）；5）不考慮信道編碼和交織；6）用戶Kasami碼加擾
3.3 仿真結(jié)果分析：
�。�1）當(dāng)天線無(wú)過載時(shí)（用戶數(shù)小于8），2D-RAKE接收機(jī)比傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)有明顯的性能改善，能有效的對(duì)抗多址干擾。
�。�2）傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)在沒有信道編碼時(shí)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(jī)則可以達(dá)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)。
4 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)
傳統(tǒng)的接收技術(shù)是針對(duì)某一用戶進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)而把其他用戶作為噪聲加以處理，在用戶數(shù)增多時(shí)，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(cè)技術(shù)是在傳統(tǒng)檢測(cè)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(hào)及其多徑的先驗(yàn)信息（信號(hào)之間的相關(guān)性時(shí)已知的：如確知的用戶信道碼，各用戶的信道估計(jì)），把用戶信號(hào)的分離當(dāng)作一個(gè)統(tǒng)一的相互關(guān)聯(lián)的聯(lián)合檢測(cè)過程來(lái)完成，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，降低了系統(tǒng)對(duì)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(yuǎn)近效應(yīng)”的影響。
5 智能天線結(jié)合聯(lián)合檢測(cè)（SA+JD）在TD-SCDMA中的應(yīng)用
5.1 SA+JD的工作原理
TD-SCDMA系統(tǒng)結(jié)合使用了智能天線和聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)：1）智能天線消除小區(qū)間干擾，聯(lián)合檢測(cè)消除小區(qū)內(nèi)干擾，兩者配合使用；2）智能天線緩解了聯(lián)合檢測(cè)過程中信道估計(jì)的不準(zhǔn)確對(duì)系統(tǒng)性能惡化的影響；3）當(dāng)用戶增多時(shí)，聯(lián)合檢測(cè)的計(jì)算量非常大，智能天線的使用減少了潛在的多用戶; 4）智能天線的陣元數(shù)有限，對(duì)于M個(gè)陣元的智能天線只能抑制M-1個(gè)干擾源，而且所形成的副瓣對(duì)其它用戶而言仍然是干擾，只能結(jié)合聯(lián)合檢測(cè)來(lái)減少這些干擾；5）在用戶高速移動(dòng)下，TDD模式上下行采用同樣空間參數(shù)使得波束成型有偏差；用戶在同一方向時(shí)，智能天線不能起到作用；還有對(duì)時(shí)延超過一個(gè)碼片的多徑造成的碼間干擾都需要聯(lián)合檢測(cè)來(lái)彌補(bǔ)。
5.2 SA+JD仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置：
TD-SCDMA上行鏈路,單小區(qū)，IMT-2000的室內(nèi)、步行和車載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TD-SCDMA要求：1）載波帶寬1.6MHz ；2）Chip速率：1.28Mcps；3）不考慮信道編碼和交織 。
5.3 仿真結(jié)果分析
仿真結(jié)果表明，通過智能天線和聯(lián)合檢測(cè)相結(jié)合，TD-SCDMA系統(tǒng)能在ITU要求的三種多徑環(huán)境下工作在滿碼道，同時(shí)具有較好的抗干擾性能。
6 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的展望
聯(lián)合檢測(cè)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(shí)現(xiàn)上可以研究在聯(lián)合檢測(cè)前加上RAKE接收的算法。此外，第三代系統(tǒng)對(duì)多普勒頻移的要求更加嚴(yán)格，如何增加RAKE接收機(jī)的分支數(shù)目，對(duì)多徑進(jìn)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(cè)這兩種技術(shù)主要在基站采用，下一步探索在移動(dòng)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(cè)轉(zhuǎn)到發(fā)送端來(lái)執(zhí)行，旨在提高下行鏈路的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率和簡(jiǎn)化移動(dòng)臺(tái)的設(shè)計(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 謝顯中，《TD-SCDMA第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)》，電子工業(yè)出版社
[2] 康紹莉，裘正定，李世鶴，“線性聯(lián)合檢測(cè)算法在TD-SCDMA系統(tǒng)中的性能分析與比較”，《通信學(xué)報(bào)》2002年第6期
[3] Han shuangfeng，Wang youzheng, Wang jing“Performance Comparison of 2D-RAKE and smart antenna”，IEEE，0-7803-7484-3/02
胡 潔 系重慶郵電學(xué)院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)研究生，研究方向“個(gè)人通信”，導(dǎo)師為謝顯中。
----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》
