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由于CDMA系統是碼分多址的多址方案，在實(shí)際系統中，碼間干擾(ISO)、多址干擾(MAI)以及系統中強信號對弱信號的抑制(遠近效應)成為CDMA 系統必然存在的幾類(lèi)主要干擾。MAI制約著(zhù)系統的容量，ISO制約著(zhù)通信的速率。對ISO的抑制可以采用均衡或分集技術(shù)。MAI的產(chǎn)生是由于用戶(hù)接收機無(wú)法完全同步并采用完全正交的擴頻碼。各用戶(hù)信號間存在一定的相關(guān)性，從而產(chǎn)生多址干擾，而抑制MAI需采用多用戶(hù)檢測MUD(Multiuser Detection)技術(shù)，降低了系統的誤碼率，提高了帶寬利用率，緩解了“遠近效應”，干擾消除法是多用戶(hù)檢測技術(shù)的一種，其基本思想就是在接收端先對信號做初步判決，再利用這一初步值估計出每個(gè)用戶(hù)對其他用戶(hù)的多址干擾，產(chǎn)品每個(gè)人在其他用戶(hù)的接收信號中減掉該用戶(hù)產(chǎn)生的多址干擾，得到一個(gè)減輕了多址干擾影響的統計量，然后進(jìn)行檢測。 這類(lèi)檢測方法中一種有效地方法是并行干擾消除算法，能以較低的計算復雜度和較小的處理延時(shí)獲得較大的性能改善，其實(shí)用性最強。本方法克服現有技術(shù)的不足，提供了一種針對多用戶(hù)數據鏈傳輸的干擾消除方法，以提升現有干擾消除方法的誤碼特性。 1 基本原理 多址干擾消除模塊是同頻多路通信系統中非常關(guān)鍵的技術(shù)，適合于CDMA、OFDM、MC—CDMA等通信體制以及多進(jìn)制調制系統。其主要作用就是增加系統的通信容量，實(shí)現有限衛星帶寬的有效利用，本文針對多用戶(hù)鏈路數據傳輸提出了解決限制系統容量的一種消除干擾的方法，接收端置，對中頻信號解調后，解擴預判決得到初值，則可完成MAI再生，做干擾抵消。 目前技術(shù)上成熟的多用戶(hù)檢測手段很多，性能較好的有最小均方誤差檢測、最大似然檢測等。然而由于在本多通道解調器中，實(shí)現多用戶(hù)檢測是在FPGA內部采用軟件無(wú)線(xiàn)電的形式完成的，所以在本方案中采用了算法相對簡(jiǎn)單的并行干擾消除的多用戶(hù)檢測方法。該檢測方法其最大優(yōu)點(diǎn)在于算法簡(jiǎn)單，且復雜度隨用戶(hù)數據量增加而呈線(xiàn)性增長(cháng)。 并行干擾消除檢測器。PIC (Parallel Inteference Cancellation)的基本思想是采用多級結構來(lái)實(shí)現“判決-再造-消除”的循環(huán)，來(lái)提高對用戶(hù)信息的估計精度。在PIC檢測器在每級中，根據上一級的輸出在每個(gè)用戶(hù)的接收信號中去掉由所有其他用戶(hù)對它產(chǎn)生的多址干擾，并用修改過(guò)的接收信號對每個(gè)用戶(hù)進(jìn)行下一級的重新檢測。每級并行干擾相消檢測器相消結構原理如圖1所示。 圖1中， 為用戶(hù)數據，Ci(m)為用戶(hù)的擴頻偽碼，Ai(m)為每個(gè)用戶(hù)的幅度，只要從輸入信號r(m)中估計出上述3個(gè)參數，就可以恢復出每個(gè)用戶(hù)的信號，在 r(m)中減去其余用戶(hù)的信號，在理論上就可以實(shí)現多用戶(hù)干擾的消除。按照傳統方法，在接收端完成信號解調處理后，通過(guò)跟蹤環(huán)路可以得到用戶(hù)的擴頻偽碼 Ci(m)，通過(guò)位同步環(huán)路可以得到用戶(hù)擴頻數據 的估計。由于用戶(hù)信號幅度的估計會(huì )受到多用戶(hù)干擾的影響，帶有互相關(guān)信息，不能簡(jiǎn)單的恢復，因此需要采用基于盲估計的自適應算法消除互相關(guān)信息的影響來(lái)得到每個(gè)用戶(hù)的幅度信息Ai(m)，加權系數λi(m)就是通過(guò)LMS(least mean square，最小均方差)算法得到的用戶(hù)幅度信息。 LMS算法是基于恢復信號與期望信號均方差最小的原理，實(shí)現系統自適應的收斂。在本系統中，其實(shí)現的原理如圖2示，設接收信號為r(m)，向量S(m)= [s1(m)，s2(m)，…，s12(m)]，幅度估值為λ(m)=[λ1(m)，λ2(m)，…，λ12(m)]T，初值為零向量，則恢復出的信號為： 對λ(m)的求解需要精確知道 ，Rrr的先驗統計，并且還需要進(jìn)行矩陣的求逆運算，這對系統的實(shí)現造成很大的困難。因此，工程實(shí)現中采用基于最速下降法推導出來(lái)的Widrow-Hoff LMS近似算法，其λ(m)的遞推公式為： λ(m+1)=λ(m)+2με(m)S(m) (4) 式中μ是一個(gè)控制收斂速度與穩定性的常數，稱(chēng)為收斂因子，其取值范圍為： 其中，λmax是矩陣Rrr的最大特征值。 根據上述收斂因子的取值范圍，并根據圖3示的LMS算法的系數更新，對收斂因子的取值進(jìn)行修正，函數如下 式中α2≈0.000 1，β2∈(0，1) α1，β1，α2，β2為函數系數，η為門(mén)限值，實(shí)際工程中實(shí)現時(shí)，η的選值通過(guò)測試得到。該算法的復雜度與用戶(hù)數成正比關(guān)系，避免了逆矩陣的計算和 的先驗統計，極大降低了FPGA處理實(shí)現的難度。 2 系統實(shí)現 本方法應用于12路用戶(hù)的系統中，每路用戶(hù)的擴頻偽碼速率可選，3.069 Mcps，5.115 Mcps，9.6 Mcps，10.23 Mcps，擴頻碼長(cháng)1023和2047可選，偽碼初相任意可配置，每路用戶(hù)相互獨立，更改其中一路參數不影響其他用戶(hù)正常工作。 在多路信號合成過(guò)程中，如圖4示首先對數據與擴頻碼進(jìn)行模二乘，進(jìn)行幅度調節，可設置各路信號間的幅度差值最大為5 dB，對幅度調節后的信號做累加合成，加調載波，繼而輸出。在接收端，圖5示，首先對解調后的接收信號做匹配解擴，對接收信號的初步判決;干擾消除部分，利用匹配濾波的初步值估計出每個(gè)用戶(hù)對其他用戶(hù)的多址干擾，對除目標用戶(hù)外所有用戶(hù)的干擾進(jìn)行求和，在目標用戶(hù)接收端減掉該干擾和，得到減輕了多址干擾影響的統計量，然后對于擾消除得到的統計量進(jìn)行解擴判決，得到干擾消除后的數據，做后端數據處理。 在該12路用戶(hù)系統中，為了實(shí)現對每用戶(hù)數據的恢復，需要把每個(gè)用戶(hù)的數據解擴判決出來(lái)，然后通過(guò)再調制恢復成輸入信號，通過(guò)LMS算法，估計出每個(gè)用戶(hù)信號的幅度，在輸入AD數據中減去其余11路用戶(hù)信號，最終得到干擾消除后的數據重新進(jìn)行數據解擴判決。 3 結論 文中與現有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)多址干擾消除及優(yōu)化算法，誤碼率得到有效降低，增加了系統容量;可以針對不同的調制方式及數據速率，靈活適應數據、圖像的傳輸要求;對不同信號幅度的用戶(hù)合路做處理，最大差距為5 dB;通過(guò)采用模塊化設計，在需要時(shí)可以進(jìn)一步增加并行度提高性能。本方法已經(jīng)成功應用于實(shí)際工程中，目前運行良好。 |
