1、干扰抵消型多用户检测器的改进方法第 18 卷第 6 期2006 年 12 月重庆邮电学院(自然科学版)Vo1.18No.6JournalofChongqingUniversityofPostsandTelecommunications(NaturalScience)Dec.2006文章编号:l004561)4(2006)06069905干扰抵消型多用户检测器的改进方法*李林,贾鹏,鲜继清(重庆邮电大学自动化学院,重庆 4OO065)摘要:提出了干扰抵消型多用户检测器的改进方法, 即根据功率大小将用户分组,组内用户并行处理,组问串行处理.详细说明了检测器结构,分析了误码率,给出了计算表达式.仿真
2、结果证明:无论在同步系统还是异步系统,这种结构在抗远近效应,系统容量等方面的性能都相似于或优于多级串行抵消器,而处理时间却比后者大大降低;同时比并行抵消嚣显示出极大的优势.关键词:码分多址;干扰抵消;多址干扰;远近效应;时延中图分类号:TN929.533 文献标识码:A0 引言直接扩频序列(codedivisionmultipleaccess,cDMA)是一种个人蜂窝通信和卫星通信通常用的多址技术.在这种系统中,多址干扰(multipleaddressinterference,MAI)将降低整个系统的容量 ,由多址干扰引起的远近效应(NearFarEffects) 也将严重影响系统性能.多用户
3、检测是把所有用户的信号都当作有用信号进行处理,充分利用各个用户的互信息,大大提高了系统容量.多用户检测基本上可以分为 2 类:最佳多用户检测口,其算法的复杂度是随着用户数量的增加而指数增长的,不适合实时性的要求;次最佳多用户检测,这种方法是现实中经常采用的.后者又分为线形检测_2,干扰抵消型检测_2,盲多用户检测,神经网络启发式多用户检测等.目前,干扰抵消(interferencecancellation)型检测器是研究的热点之一.它主要分为串行干扰抵消(successiveinterferencecancellation,SIC)【检测器和并行干扰抵消(parallelinterferenc
4、ecancellation,PIC)检测器口.从性能上来讲,串行检测器是优于并行的,特别是多级串行干扰抵消(multistageSIC) 检测器使系统性能又有很大提高.从处理时间上比较,由于串行检测器在每级需要逐个用户地进行检测,因此耗费时间较多.本文中我们综合考虑了处理时间和系统性能 2个方面的要求,结合了并行和串行的优点,设计出一种新的多用户检测方法.即在每一级的检测中将用户分组,组问用户的检测是串行的,而组内检测是并行的,同时借鉴并行检测中“部分抵消系数“(PartialP1C)8 的思想进一步改善系统性能.仿真证明,这种方法既节省了时间,又提高了系统性能,对多径干扰也有明显的抑制作用.
5、并且无论对同步系统还是异步系统,这种方法都体现出了很大的优势.1 多用户系统接收模型考虑有 M 个用户同时发送信号的情况,则接收机接收的信号为f_1Mr()=:A,b5(tpTr)?p=0m1cos(gz 十)+“()(1)(1)式中,J 为数据信元的长度;A 为第卅个用户的信号幅度;占皇为第个用户的第 P 个信元比特的值,占品1,1);S() 为第 m 个用户的地址码波形,其长度为 N;T 为信元比特的持续时间;为第个用户的信号时延(在同步系统中,r 一 rz 一;.一?一;M,在.步系统中,假设;服从 0T 的均匀分布);为第个用户的相移(在同步系统中,一.一?一 M,在异步系统中,假设服
6、从02 丌的均匀分布);“(f) 为高斯白噪声 .我们在本文中,假设每个用户的信号幅度以及时延,相移在每次接收判决中均保持不变.在同步系统中可以针对一个码元周期进行考虑;但在异步系统中,由于相邻码元问的干扰,必须同时考虑到不同用户的多个码元.*收稿日期:20050907 修订日期:20060627基金项目:国家“863“项目资助(2OO3AA412030)作者简介:李林(1979 一), 男 ,山西大同人,硕士,主要研究方向为网络通信与信息系统,Email:li.1inii163.corn?7OO?重庆邮电学院(自然科学版 )第 18 卷2 干扰抵消型多用户检测器改进方法先定义干扰抵消单元(i
7、nterferencecancellingunit,ICU),如图 1 所示.它是构建干扰抵消检测器的基本单位.我们利用 ICU 来表示串行,并行及改进型检测器的结构.UL1/.k一一,.,.图 l 干扰抵消单元Fig.1Interferencecancellingunit在改进方法中要将各个用户分组,还需定义干扰抵消组单元(interferenceI:ancellinggroupunit,ICGU),如图 2 所示,其中 ICU 州.表示第 i 级判决中第组的第足个单元.图 2 干扰抵消组单元Fig.2Interferencecancellinggroupunit下面以 4 用户为例提出改进
8、型的干扰抵消型多用户检测器.如图 3 所示.图 3 中,使用 2 级判决,每级分为 2 组,每组里有 2 个单元.R为解调后的基带信号,即:图 34 用户的分组型接收机模型Fig.3Structureofgroupedmodelforfourusers第 6 期李林,等:干扰抵消型多用户检测器的改进方法 ?7O1?R 占品 s(一声 1,一)e 审 m+()=D 比 om1卜 122A.?亏 .(一声丁一.)e%+(f)p oI 吉 1k 一 1(2)(2)式中,A=:A2(1 =A;6 盘与 6S 与 S,r 与,与的关系也类似;( ) 为经过解调的白噪声,其功率谱密度为 N.;C,C 为各
9、级的部分抵消系数,我们利用它依据前一级同组的判决结果抵消掉同组中其他用户的干扰;ICGU至ICGU:.内部各 ICU 是并行处理的,而组问是串行处理的,每一组都要利用前一组的结果来抵消其对本组输入信号的干扰;但是在每级判断中,相应的ICGU.和 ICGU.,ICGU2.和 ICGU.中的所有ICU 都是并行处理的,它们按照传统的相关处理方法同时输出结果供下面抵消计算的使用.这样图 3处理一组信元的时延为 6T.最后根据至:!(见图 1)的正负判断这 4 个用户的码元值.需要说明的是,ICG.U.和 ICGUI.:的输出实际就为传统的相关输出值,我们根据这个值对各个用户的信号功率进行排序,而在以
10、后的处理中都是按照这个由大到小的顺序对各个单元实施分组的.推广到对 M 个用户的第“个码元进行检测,共进行 J 级判决,每级判决中分为,组,每组有 K 个单元,则KM,表达式为JKR-二AM6;.s(uI, 一 r)e?t-n(f)P-一 1 口 h1(3)一i,j-(f 一“ 一,)eip-+()一 P.101JKcXi,p,q (fM 了一 r)ei,+(1 一 Ci)?卢盅 Jq1Kzr.1IJ,( “丁.)e+Ci(:+g lr1lJI)SJ.(t 一“ 丁一.女)et(4)(4)式中,.为 1CGU第 k 个用户的输入(见图1)JK.,.:=“:荡 M(t 一“T.)e-+()(5)
11、(5)式中,为 ICGUI.第 k 个用户的输入.一I.口+1.J.gP=J, 【bJ,PJ(1),(6)式中,“表示经过第 i 级第组判决后第(p 一1)K+r个用户信号的大小.由此,可以看出,这种结构处理一组码元的时延为(J,+J 丁,而同级串行结构的时延为 (J,K+1)T,并行结构时延为 (J+1)T.当,:=M,K 一1,C 一 0 时,改进结构就变为 J 级串行抵消器;当,一 1,J 一 1,KM 时,改进结构就变为带部分抵消系数的 1 级并行抵消器.3 误码率分析结果由于改进结构是分级分组判断的,因此误码率采用递归的方法进行分析,以判断异步系统第组的第是个用户的第“个码元为例 ,
12、假设给定各个用户的信号及幅度.并已经按功率大小将用户排序,且ICGU 则要求出在此情况下的条件误码率.=nJM 一(.riJM+q:(1 一 c,)+yliJk+“十?J(i 一 1,J,一 1.,一 1,K)(7)(7)式中门,为 ICGU 第 k 个用户的输出,供判决使用(见图 1).(7)式前 3 项为对第(一 i_r_用户的多址干扰,第 4 项为白噪声项.z0= i1J+(i 一 1,J,一 1,J,k=:=1,K)(8)(8)式中,为 ICGU;.第 k 个用户的输出 ;(8)式第 2 项为 iccu;.,组中第 k 个用户输出中的白噪声项.Jp.1.I(u+l 升,(t-u1,r.
13、).S.女(ruTrJ,女)cos(仍,一.q)dr;由于E(I)=o?Var(pq)一, 是p,q)则E(x.,)=E( :)卜 E(1.)(9)E(z)=E(“:)(10)Va)一】)+高耋+篡塞耋 Ec(11)P州(AngSIlO 户口J一姥.?7O2?重庆邮电学院(自然科学版)第 18 卷Va)一 1JKAM+行 No2(12)Va)一 AM+行(12)Var(xi4a)一 1 耋 KVa+?JKVarc 矗+砉 Varcz+.(a)+(i.j.)一Var(x 卜2N?qTt“j.J.)Ku(1)(13)Var(aJ)+(1)(14)Eca 一 :;_EE置-1(15)Var(a.)=
14、vVar(.a;1),-Jrp-Var(丑.Jlq+V“zrlI,p(16)据大数定律,我们假设,服从高斯分布,则P,I:1 一 efc(兰)(17)/2Var(zf.,.)因此,误码率结果优于并行干扰抵消(PIC)检测器,同时时延也要比多级串行干扰抵消(MultiStageSIC)检测器小.4 仿真结果我们对并行抵消器(PIC),多级串行抵消器(MSSIC),分组型抵消器 (GroupedIC)及传统检测方法(conventiona1)进行了比较.使用的地址码是31 个码片的 Gold 码.4.1 同步系统同步系统中,共有 2O 个用户.现保持用户 22O 的信号幅度相同,且其信噪比为 8d
15、B,改变 1 用户的信号幅度使其作为“远近效应 “的干扰用户,研究各系统抗远近干扰的能力.对 PIC 采用 f=3,Cl=O.5,C2=l;MSSIC 采用卜=2;GIC 采用一 4,J 一 2,ClC2 一 C3=C 一 1;:得到用户 22O 的平均误码率随远近干扰变化的情况(仿真 1),如图 4所示,图 4 中横轴表示 1 用户的信号幅度与其他用户的比值,纵轴表示用户 22O 的平均误码率.可见,当干扰加大时,PIC 和传统检测方法性能恶化比较迅速,MSSIC 与 GIC 则基本不受影响,甚至 GIC 的误码率要稍低于 MSSIC,而其运算时间只为 MSSIC 的 3O.当信噪比提高时
16、,GIC 的优势更加明显.图 4 同步系统中抗远近干扰性能Fig.4Performanceofnerafarresistanceinsynchronoussystem同步系统中理想功率控制情况下,保证用户地址码互相关程度较理想(几乎都为一 1),信噪比为8dB,研究误码率随用户数的变化情况,各系统的设置和仿真 1 相同.在这种情况下,PIC 是稍优于MSSIC 的,而 GIC 的性能和 PIC 相近.在实际情况中,用户的地址码互相关程度不会十分理想,为了强调系统抗多址干扰的能力,我们在同步系统中理想功率控制情况下令 Gold 码序列分别有一定的相移,这样地址码互相关程度较差,多址干扰加强,这在多址干扰意义上也相当于对异步系统的模拟.令 PIC 采用,一 4,C 一 0.5,C2=C3;C41;MSSIC 采用一 4;GIC 采用=4,K 一 2,C1一C 一 0.5,C=C=l;信噪比为 11dB(仿真 2);得到图 5 中的变化曲线.可见,GIC 体现出了较大的优势,而其运算时间仅为 MSSIC 的 5O%,同时 PIC 就不太理想,当用户数超过 l8 时,PIC 迅速恶化,这是因为其用户数可用范围是“用户数 60扩频增益“r6,本例中,扩频增益为 31,所以用户上限也就在 l8 左右.0.
