宽带码分多址系统的并行干扰抵消技术研究

论文摘要

由于固定权值的并行干扰抵消存在乒乓效应，加之移动通信信道的时变性和系统负载的变化性，固定权值的并行干扰抵消无法满足实际系统的需要。因此研究动态权值的并行干扰抵消对宽带CDMA系统来说是必要的，但是从理论上对多径衰落信道下的干扰抵消接收机进行性能分析的文献很少，一些现有的动态权值干扰抵消的算法没有坚实的理论基础，所以迫切需要对多径衰落信道下的部分并行干扰抵消进行深入的理论研究以便满足现实系统的需要。针对上述问题，本文以WCDMA系统的上行链路为研究对象，对多径衰落信道下CDMA系统的Rake接收机、部分并行干扰抵消器和智能天线进行了深入的理论分析，推导了计算它们误码率的闭合表达式，并通过MathCAD进行了数值分析和使用COSSAP进行了仿真验证。主要内容如下：第二章首先采用高斯近似法推导了复扩频CDMA系统的多址干扰方差，为理论上研究复扩频CDMA系统的性能奠定了基础。还详细应用特征函数法推导了瑞利衰落信道下复扩频相干WCDMA系统Rake接收机误码率，建立了一个分析WCDMA接收机的误码率分析模型。此外，第二章还推导了硬判决情况下多级并行干扰抵消后的残余干扰方差，进而给出计算部分并行干扰抵消接收机的误码率闭合表达式。为分析研究多径信道下并行干扰抵消接收机奠定了理论基础。第三章先研究了使用理想信道估计再造干扰的并行干扰抵消接收机的权值优化方案和收敛性证明，给出了理想信道估计并行干扰抵消器的性能极限。为实际信道估计条件下进行并行干扰抵消器的权值优化和改进设计提供了参照性标准。在非理想信道估计情况下，文中首次提出了径级优化的概念并给出了径级优化权值的表达式，还对比研究了径级和用户级两种优化干扰抵消权值方案和收敛性。证明了径级并行干扰抵消具有收敛性，而用户级并行干扰抵消无法收敛，为实际系统并行干扰抵消器的改进设计指明了途径。研究指出，径级优化的并行干扰抵消收敛时性能极限主要取决于导频数据信道功率比、信道估计观察长度、用户数和信噪比。为进一步提升径级优化权值的并行干扰抵消器的性能指明了可行性方法。第四章提出了一种利用信道估计信息对并行干扰抵消接收机进行径级优化权值的方案，仿真实验验证了该方案的有效性。该方案优化的干扰抵消权值能够随检测信号的信道环境和系统负载而动态更新，因此能够适合于实际CDMA系统甚至多速率CDMA系统。另外还将径级优化并行干扰抵消接收机与智能天线结合在一起，提出了一种结构简单、便于实现、能够从时间和空间上抑制干扰的CDMA接收机方案，并进行了该接收机的性能分析，还研究了天线阵元数目和抵消级数对接收机性能的影响，为降低接收机的制造成本提供了设计的理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 主要数学符号
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 码分多址移动通信
• 1.1.2 多用户检测在 CDMA 系统中的重要意义
• 1.2 CDMA 系统干扰抵消技术研究概况
• 1.2.1 多用户检测技术研究概述
• 1.2.2 干扰抵消多用户检测及其研究进展
• 1.2.3 干扰抵消检测性能分析研究进展
• 1.2.4 值得研究的问题
• 1.3 多用户检测和智能天线的结合
• 1.3.1 智能天线基本原理和好处
• 1.3.2 智能天线与多用户检测的联合研究情况
• 1.4 本文的贡献和结构安排
• 1.4.1 本文的完成的主要研究工作
• 1.4.2 本文的结构安排
• 第二章 宽带 CDMA 系统的并行干扰抵消性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 系统模型
• 2.2.1 WCDMA 系统上行信道概述
• 2.2.2 发射机模型
• 2.2.3 信道模型
• 2.2.4 相关 Rake 接收机
• 2.2.5 并行干扰抵消检测器
• 2.3 判决变量和残余多址干扰
• 2.3.1 最大似然估计和相干 Rake 接收机的判决变量
• 2.3.2 多级并行干扰抵消的残余多址干扰表达
• 2.4 性能分析
• 2.4.1 复扩频 CDMA 系统多址干扰方差的计算
• 2.4.2 相关函数的计算
• 2.4.3 相干 Rake 接收机性能
• 2.4.4 并行干扰抵消接收机性能
• 2.5 仿真研究实验条件与使用参数
• 2.5.1 仿真建模与参数配置说明
• 2.5.2 仿真信道实现
• 2.6 数值结果
• 2.6.1 理论计算结果
• 2.6.2 理论计算和仿真结果的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 部分并行干扰抵消检测器权值优化研究
• 3.1 引言
• 3.2 理想信道估计再造干扰的并行干扰抵消的权值优化
• 3.3 非理想信道估计再造干扰的部分干扰抵消的权值优化
• 3.3.1 径级优化的部分并行干扰抵消检测
• 3.3.2 用户级优化权值的并行干扰抵消检测
• 3.4 权值优化的多级并行干扰抵消检测器性能比较
• 3.5 仿真实验结果
• 3.5.1 理论计算数值分析
• 3.5.2 理论计算与仿真结果比较
• 3.5.3 ULO-PIC 和 PLO-PIC 残余干扰功率的对比
• 3.5.4 典型参数对径级优化权值的并行干扰抵消性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 权值优化的并行干扰抵消的应用研究
• 4.1 前言
• 4.2 径级优化权值的并行干扰抵消检测器的简化方案
• 4.2.1 优化权值方案的理论推导
• 4.2.2 简化实施方案
• 4.3 并行干扰抵消与智能天线的结合
• 4.3.1 含智能天线和并行干扰抵消检测的接收机方案
• 4.3.2 智能天线与并行干扰抵消结合的性能分析
• 4.4 数值结果
• 4.4.1 简化的径级优化并行干扰抵消
• 4.4.2 使用智能天线后并行干扰抵消检测器的性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文贡献和结论
• 5.2 有待研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻博期间取得的研究成果