RAKE接收机的新组合和自适应天线阵Beamformer对WCDMA系统的多用户检测

文摘

本文的目的是结合智能天线波束形成和RAKE接收机在宽带码分多址(WCDMA)。该方法结合了空间的多样性以及时间的多样性来提高性能,克服干扰和多径衰落。这次调查主要集中在一个新提出的盲波束形成算法。它是基于约束恒模(CCM)算法用于推导一个递推最小二乘(RLS)类型的优化算法。我们说明了比较的误比特率(BER)也提出了与简单相关器和接收器1维接收机在多用户检测(MUD) WCDMA。仿真结果表明,提出的2维接收机提供了较低的误码率,而不是传统的,也就是说,它是一种有效的解决方案,减少干扰的影响,提高能力,在联合状态。

1。介绍

蜂窝移动通信的需求增加,以适应更多用户和新的高比特率数据服务变得越来越明显。因此第三代(3 g)通信面向多媒体消息能力(1)而不是语音通信。宽带码分多址(WCDMA)被采用为3 g无线通讯系统的空中接口技术(2]。WCDMA是宽带直接序列CDMA(码分多址)系统,也就是说,用户信息比特是一个广泛的带宽增加用户数据与伪随机比特(称为芯片)。WCDMA的一些最重要的特征是提供高容量等传输可变数据速率与不同的流动性和服务质量要求(多媒体服务)和降低发射功率(1]。在此系统中,接收机是一个简单的相关器不是最优防治因其残疾的多路径效应。RAKE组合器是一种流行和有效的接收机利用颞多样性的存在多路径效应。但不幸的是它的性能受到多路存取干扰(MAI)因为残疾的分离加性高斯白噪声(AWGN)从梅3- - - - - -7]。

因为在WCDMA系统中,所有的用户通过移动无线信道共享相同的频率,cochannel干扰其他活跃用户所需的用户。事实上,在WCDMA系统性能受到干扰。WCDMA的更糟糕的缺点之一是远近效应。最近,不同的方法已经被提出来解决这些问题。一些研究工作集中在引进和使用更好的接收器和其他的提供天线波束形成和WCDMA接收器。

文献[6)发展一种适应性G-RAKE接收机,采用实用算法手指位置和重量计算。它提供了通过抑制干扰性能显著提升。在[8)工作的RAKE接收机提出了芯片级均衡每个耙手指取消梅在多路径通道。

自适应天线阵列天线阵列系统结合数字信号处理(DSP)单位。使用信号到达角估计,该系统形成天线的主瓣对期望信号和干扰的方向null。它能增强得到期望信号的质量,抑制干扰信号,提高频谱效率,扩展覆盖范围,扩大产能8,9]。最近,已经提出了不同的研究工作结合天线波束形成和WCDMA RAKE接收机的应用程序。由于本文的主要目标,其中一些在下面提到。

文献[9]使用共轭梯度(CG)的自适应波束形成的空间分集处理每个耙手指码分多址。本文改进网络误比特率(BER)和能力的系统,使用基于最小化发射机功率基站分配方法(BSA-MTP)技术和功率控制错误(PCE)与传统的情况下,相比与自适应波束形成所需的任意用户的信号路径。也减少了梅从其他用户和取消interpath干扰(IPI)在其他路径在每个耙的手指。

文献[10)发展一项新计划每个分支的盲目beamformer RAKE接收机(11)抑制MAI、干扰和多路径相结合。它显示出更好的性能比预处理和postcorrelation(原先都效命于)和过滤器(FP)方案。

在[12)固定梁结合新的改进版本的阵列天线波束形成的根多信号分类(Root-MUSIC),到达方向(DOA)估计算法。通过这种方式,它是一个空间滤波器减少cochannel干扰和噪声。

beamformer-RAKE接收器是一个计算可行的解决方案,允许为有效地克服时空信号处理信号衰落和梅。在[13),一种beamformer-RAKE接收机的性能在基于单反弹(GBSB)几何圆形通道上行WCDMA信号标准已被调查。至少意味着广场(LMS)和递归最小二乘(RLS)波束形成技术和最大比合并(MRC)相干RAKE接收机与不同数量的手指被认为是模拟。上述的波束形成技术的性能比较的误码率与用户的数量在不同天线元素和耙的手指。

在[14- - - - - -18)添加空间处理通过数字波束形成天线阵系统提出了RAKE接收机。这个想法是一种最有希望的技术能力,提高无线资源管理(RRM),取消等干扰MAI和远近效应在WCDMA系统中。

在[19],code-CCM设计标准的线性接收器码分多址是研究多路径通道。在本研究中,计算高效RLS-type联合估计算法的参数信道接收器是发达国家为了抑制MAI和符号间干扰(ISI)。

在[20.),一个恒模算法多用户检测(MUD)计划提出了多路径传播下的通信系统。减少信道失真和多用户干扰,作者综合多个约束优化准则。这项调查的结果表明,探测器移除所有的能力时保证没有噪声干扰约束是正确的预选。然而,在噪声的存在,限制高度影响接收机的性能。为了优化组合来自不同路径的信号实现性能提升,这些约束也可以被视为变量和与接收机联合优化,验证了数值例子。

根据上述研究,本文的主要目的是将RAKE接收机(颞多样性)的WCDMA系统与智能天线(空间多样性),以减少麦高数据率的影响,并提高服务质量和/或能力。在本研究限制常数modulus-recursive最小二乘(CCM-RLS),(所21),被认为是适当的波束形成算法。在这个调查,天线阵beamformers用户数量是一样的。

本文的其余部分组织如下。部分2介绍系统模型包含基本的WCDMA系统,接收器,天线阵,其算法。新提出的接收机包括天线beamformer和RAKE接收机提出了部分3。部分4显示仿真结果,最后一节5总结这次调查。

符号。 留给埃尔米特矩阵,矩阵的转置,矩阵的逆,复共轭,表示单位矩阵。

2。系统模型

2.1。直接序列目前访问

一个简化的模型中的一个接收信号基带码分多址系统一样 在哪里的接收信号的贡献吗用户,用户的数量在同一频道,然后呢摘要。可以表示为: 在哪里是数据位流的数据符号之间的通道由卷积得到吗,信道脉冲响应,th用户传播波形: 一个独特的伪随机噪声序列(PN)代码分配给用户。 是芯片脉冲波形,,在那里传播因子和是芯片的时期。最常见的PN码家庭传播信号是正交Walsh-Hadamard代码克服用户相互干扰(1,3,22),也就是说, WCDMA是一种码分多址包括信道带宽和芯片率较高。由于WCDMA 3 g无线接受,这个调查主要集中在其上行和沃尔什代码属性在一个细胞。

2.2。简单相关器

这个接收机首先增加接收信号传播代码检测每一个用户,然后将其集成。相关器的输出是由 简单的相关器将最佳如果下列条件得到满足。(1)代码将正交(正交和规范化,在联合状态),也就是说, (2)完美的符号同步。(3)没有任何多路径信道包含AWGN。

2.3。1维

著名的接收机的多路径是RAKE接收机,于1958年首次提出的价格和绿色(23]。RAKE接收机使用多个相关器使用一个手指为每个路径,它假定每一个多路径的延时。因此这种接收机克服了多路径效应。那么所有的多路径组件将结合获得接收信号的质量提高。有不同类型的结合方案,在这个调查等增益组合使用(EGC),也就是说,。这个接收器使用时间多样性和最大化信号噪声比(信噪比)。对抗多径和多用户干扰通道应该估计。

图1说明了RAKE接收机。RAKE输出如下: RAKE接收机的弱点之一是当相关器的数量增加复杂性。与目标它提高了功率和成本(3,4,24,25]。

2.4。自适应天线阵列

图2显示了自适应阵列天线波束形成或智能天线方案。据推测用户信号影响的均匀线性阵列(ULA)”传感器与DOAs元素来源。也认为传播信号发射机和接收机是由点源在远场,也就是说,这就是为什么球扩散波可以使用一个平面波近似26]。

的向量th接收信号的阵列传感器可以建模为(27] 在哪里是一个复杂的矩阵包括转向向量,数组的元件间的距离,是波长,是一种数据矢量,它被认为是不相关的,与零均值情况复杂的矢量,然后呢是快照的数量。

窄带beamformer的输出是由 在哪里是一个复杂的权向量。

3所示。提出了接收机

这个调查主要集中在自适应基站天线波束形成对WCDMA系统在多用户应用程序(邮件用户代理)。它的目的是把1维接收机与盲恒模波束形成为每个用户自适应阵列天线。CCM-RLS选择算法研究。该算法提出了小王和de Lamare [28),为盲自适应波束形成。这个方案提高了成本函数数组恒模标准体重的适应,使用一个RLS-type算法。CCM-RLS算法的权重应该更新 在哪里是由 在哪里, , 是一个正实数的正则化参数,高信噪比和小,反之亦然,是单位矩阵,是一个遗忘因子接近,但不到,团结。根据(29日,30.]虽然CCM-RLS波束形成算法具有比CCM-SG复杂性,CCM-MASS, CCM-TASS,由于其快速收敛,不存在局部最小值,高信号干扰加噪声比(SINR)和可接受的误码率;本文是选定的WCDMA系统中多用户检测。

这显然是图所示3。因此,使用这两种多样性、时间和空间,它使更好的检测,减少多址干扰的高数据速率,并增加容量和/或质量换句话说。

4所示。仿真结果

在本节中,提出接收机的有效性与传统相比,1维以及相关器接收机+ CCM-RLS天线阵beamformer研究,数值。接收到的上行信号模型的通用短码是WCDMA系统。系统芯片率是3.84兆赫5 MHz带宽通道。

在固定场景进行模拟,是完美的发射机和接收机之间的同步。模拟多用户环境下由5活跃用户统一的力量这意味着有一个严格的系统中功率控制。沃尔什正交码的用户传播长度科幻= 64。接收机的误码的四种类型在AWGN信道和快衰落AWGN信道包括3多路径为每个用户在模拟评估。在所有实验中通道的衰减系数是0.8 - 1之间均匀分布。在模拟中,假定信道是完全的DOA估计估计瞎子面前beamformer来源。假设齿龈元素的数量是4,除了数字8和9显示数组元素的影响。在每一个发射机,二进制相移键控(BPSK)调制方法。每个模拟点在不同的曲线是通过120次迭代。启动CCM-RLS算法假设。

图4比较上述四个接收器的性能在AWGN信道(a)和(b)两三个用户。由于没有任何多路径,正如预期的那样,传统的接收机和耙有相同的性能。很明显,因为在这种情况下他们也有类似的结构。传统的接收机+ CCM-RLS beamformer性能更好,在信噪比< 30 dB。这意味着这种方法不是一个适当的,因为它创造了复杂但没有改善的结果。相比之下,2维+ CCM-RLS波束形成减少误码率,明显。同时,正如预期的那样,它显示了一个通过增加用户的数量增加误码率。

图5显示添加多路径衰落通道的影响。这一次,每个用户接收到的信号由0和两条路径延迟。如图所示,图是无法相比的4如图,误码率5已经增加了。在这种情况下,1维显示其优势比传统接收机更多实实在在的图6通过与0三个路径,55,延迟。在所有的数据,提出了接收机具有更好的性能。数量减少的速度和斜率,而信噪比更增加,但其复杂性也比其他人更多。

在图7,表示减少科幻是增加数量的原因。换句话说,在恒定的数量,如果科幻的增加,系统的能力将得到提高。评估的数组元素的影响提出了接收器,它是增加到8和16。数据8和9显示,增加数组元素的数量减少的原因增加的斜率误差曲线。另一方面,复杂性、成本和占用空间会增加。这个属性出现的用户数量上升时更有效。仿真结果表明,4元素够3用户。如果用户的数量低于数组元素的数量,系统误差预计将智能天线高,因为不能消除干扰。图10显示了这个问题。

在数据4- - - - - -10后,信噪比= 30 dB,误码率是恒定的。这是由于这一事实,”持续增加的传输信号功率会导致增加干扰。“因此,SINR将常数和相关的误码率。

5。结论

摘要四接收器资格相关器的性能,1维,相关器+ CCM-RLS波束形成,和2维CCM-RLS波束形成在WCDMA系统评估。相关器不适合渠道多路径衰落但1维提供暂时的多样性可以降低多路径效应。结果相关器+ CCM-RLS波束形成几乎是类似于1维,根据其复杂性,这是不能接受的。但2维CCM-RLS波束形成,提出了调查,利用时空多样性的优势,显示出更好的性能在多路径衰落AWGN信道。也可以降低到一个可接受的水平的系统增加数组元素的数量,当用户数量的增加更容易理解。唯一的问题建议的接收器似乎是其复杂性和成本价值将会增加用户的数量。相反,应该注意的是,对于更多的用户来说,梅将增加,传统接收机无法消除干扰,不能提供所需的能力和质量。

承认

作者要感谢匿名评论者天线和传播(IJAP)国际期刊的论文的仔细审查。他们的评论无疑提高文章的质量。

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