TDR-IDMA的信號傳輸及檢測技術(shù)研究.pdf

1、多址技術(shù)一直是個人通信領(lǐng)域，尤其是基于蜂窩架構(gòu)的無線移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。理論分析與實踐經(jīng)驗均己證明了基于非正交分割時頻資源的碼分多址(CDMA)能夠取得比正交分割時頻資源的時分多址(TDMA)和頻分多址(FDMA)更高的頻譜效率，因此CDMA技術(shù)成為第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的核心技術(shù)而得到了廣泛的應(yīng)用。然而CDMA系統(tǒng)由于多址干擾(MAI)的存在，在實際應(yīng)用中并沒有完全發(fā)揮出CDMA在容量上的潛在優(yōu)勢。隨著CDMA系統(tǒng)容量的

2、擴(kuò)大，MAI問題日益嚴(yán)重，影響到3G以及未來移動通信系統(tǒng)容量和頻譜利用效率的進(jìn)一步提高。
　　 為了以較低的復(fù)雜度解決CDMA系統(tǒng)中日益嚴(yán)重的多用戶干擾(MUI)問題，Liping教授提出了交織分多址(IDMA：Interleave-Division Multiple Access)，簡稱為交織多址。在IDMA系統(tǒng)中，交織器作為區(qū)分用戶的唯一手段，對不同的用戶采用不同的交織圖案。交織器輸出序列的相鄰碼片之間近似無關(guān)，從而使逐碼片

3、(CBC：Chip-by-Chip)的迭代多用戶檢測(MUD：Multi-User Detection)得以實現(xiàn)，這也是IDMA的關(guān)鍵所在。
　　 IDMA作為一種新興的無線多址接入技術(shù)，由于其獨特的優(yōu)勢，使其在下一代移動通信中具有廣泛的應(yīng)用前景，已成為第四代移動通信(4G)的熱門候選標(biāo)準(zhǔn)之一，并引起國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。
　　 目前的研究表明，雖然IDMA系統(tǒng)的迭代多用戶檢測算法比傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)簡單，但是信號檢測

4、的收斂速度非常緩慢。而IDMA系統(tǒng)迭代檢測的收斂速度直接影響著系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度，未來移動通信系統(tǒng)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，如何進(jìn)一步提高IDMA系統(tǒng)迭代檢測的收斂速度具有非常重要的意義。另外，在IDMA系統(tǒng)中，交織器作為區(qū)分用戶的唯一手段，雖然上行鏈路與下行鏈路具有對稱的特點，將上行鏈路的信號處理方法應(yīng)用到下行鏈路中，從理論上是可行的，但實際上并不可取，畢竟下行鏈路中的用戶端對復(fù)雜度、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面有很高的要求。
　　 基

5、于上述問題，本課題著重研究了基于時分雙工(TDD：Time-DivisionDuplexing)和時間反轉(zhuǎn)(TR：Time Reversal)的IDMA系統(tǒng)的信號傳輸及檢測技術(shù)，我們將這種系統(tǒng)稱為時分雙工時間反轉(zhuǎn)IDMA，即TDR-IDMA。主要研究工作包括如下：
　　 1.針對IDMA迭代多用戶檢測的收斂速度隨用戶數(shù)增長而減慢的問題，本課題提出了一種有效的基于TR的IDMA迭代多用戶檢測算法。該算法通過上行鏈路時分雙工獲得信道

6、沖激響應(yīng)的時間反轉(zhuǎn)，基站接收機(jī)利用信道沖激響應(yīng)的時間反轉(zhuǎn)預(yù)處理接收信號。借助于時間反轉(zhuǎn)處理的時壓縮特性以及不同用戶信道沖激響應(yīng)間的弱相關(guān)性和同一用戶不同路徑間的弱相關(guān)性，經(jīng)過預(yù)處理，使IDMA迭代多用戶檢測的初始信干噪比(SINR：Signal to Interference and Noise Ratio)遠(yuǎn)高于未做時間反轉(zhuǎn)預(yù)處理的IDMA的初始SINR。從而加快了IDMA迭代多用戶檢測的收斂速度，進(jìn)而有效地解決了IDMA迭代多用戶檢

7、測的速度瓶頸問題。
　　 2.針對IDMA下行鏈路中用戶端接收設(shè)備復(fù)雜度比較高的問題，本課題提出了一種基于時分雙工模式和時間反轉(zhuǎn)技術(shù)的IDMA下行傳輸及簡化接收方法。該方法通過時分雙工獲得信道沖激響應(yīng)，基站發(fā)射端利用信道沖激響應(yīng)的時間反轉(zhuǎn)預(yù)處理發(fā)射信號。在時間反轉(zhuǎn)及多輸入單輸出(MISO：Multiple Input-Single Output)技術(shù)作用下，利用不同用戶信道沖激響應(yīng)之間的弱相關(guān)性以及時間反轉(zhuǎn)處理的空間和時間壓縮特

8、性，削弱多用戶干擾、共道干擾(CCI)和符號間干擾(ISI)。從而使用戶接收端只需一個簡單的單徑接收機(jī)即可完成信號的檢測，避免了復(fù)雜的逐碼片迭代多用戶檢測，同時將信道估計器也從用戶端轉(zhuǎn)移到基站端，進(jìn)而使用戶端接收機(jī)設(shè)備復(fù)雜度大大簡化。
　　 另外，本課題還提出了一種IDMA/CDMA混合傳輸模式來克服IDMA下行鏈路中用戶端接收設(shè)備復(fù)雜度比較高的問題。在這種混合模式中，上行鏈路采用IDMA傳輸及檢測，下行鏈路采用IDMA/CDM

9、A混合傳輸及檢測。在下行傳輸及檢測系統(tǒng)中，為了抑制或消除MUI，一方面，選用正交性能較好的碼作為用戶波形碼，在用戶接收端信號檢測時，利用用戶之間的波形碼的互相關(guān)信息對接收信號進(jìn)行處理；另一方面，將原來CDMA中各用戶使用同一種交織器改為不同用戶使用不同的交織器，進(jìn)而可加強(qiáng)用戶端的單用戶信號檢測。
　　 3.針對單載波IDMA系統(tǒng)頻域均衡(FDE：Frequency Domain Equalization)中預(yù)編碼的復(fù)雜度問題，本

10、課題提出了基于時間反轉(zhuǎn)預(yù)編碼和迭代LMMSE頻域均衡的傳輸檢測算法，即單載波TDR-IDMA系統(tǒng)頻域均衡的傳輸檢測算法，從而使發(fā)射端預(yù)編碼更簡單，易于實現(xiàn)。最后給出了單載波TDR-IDMA系統(tǒng)的時間反轉(zhuǎn)預(yù)編碼與單載波IDMA系統(tǒng)的注水原理預(yù)編碼、優(yōu)化預(yù)編碼和Proakis B信道未做預(yù)編碼時在迭代LMMSE準(zhǔn)則下的頻域均衡算法的性能對比及分析。
　　 4.針對IDMA系統(tǒng)迭代檢測的優(yōu)勢和最大期望(EM：Expectation M