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DS／CDMA系统中的干扰抑制 [复制链接]

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浪者仁心

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1# 大 中 小
发表于 2004-12-10 13:08:00 |只看该作者 |倒序浏览
DS／CDMA系统中的干扰抑制
【 摘 要 】 WCDMA技 术 是 无 线 宽 带 通 信 发 展 方 向 之 一 ， 其 抗 干 扰
技 术 成 为 WCDMA系 统 中 的 关 键 技 术 。 本 文 就 DS／ CDMA系 统 的 抗 干
扰 性 及 其 干 扰 抑 制 进 行 分 析 和 探 讨 。
【 关 键 词 】 码 分 多 址 ； 多 址 干 扰 ； 多 用 户 检 测 器 ； 预 处 理 器
  
1 引 言
　　第 三 代 移 动 通 信 系 统 是 符 合 国 际 电 联 提 出 的 IMT－ 2000系 统
标 准 的 新 一 代 移 动 通 信 系 统 ， 它 具 有 很 好 的 网 络 兼 容 性 ，
能 实 现 全 球 范 围 内 多 个 不 同 系 统 间 的 漫 游 ， 提 供 广 泛 的 多 媒
体 业 务 。 第 三 代 数 字 蜂 窝 移 动 通 信 系 统 两 个 主 要 侯 选 方 案
即 北 美 的 CDMA2000系 统 和 欧 洲 的 WCDMA， 都 建 立 在 CDMA技 术 基 础 上
， CDMA将 成 为 未 来 移 动 通 信 的 发 展 方 向 。
　　WCDMA系 统 的 关 键 技 术 包 括 抗 干 扰 技 术 ， 抗 多 径 衰 落 ， 抗 远
近 效 应 等 ， 现 就 DS／ CDMA系 统 的 抗 干 扰 技 术 进 行 分 析 和 探 讨
。
2 DS／ CDMA系 统 的 抗 干 扰 性
　　现 代 电 子 技 术 的 高 速 发 展 ， 空 间 电 磁 环 境 日 益 复 杂 ， 频
道 相 对 拥 挤 ， 在 军 事 通 信 中 ， 更 加 面 临 着 各 种 人 为 干 扰 。 为
了 增 强 通 信 系 统 的 可 靠 性 ， 增 加 信 道 容 量 ， 人 们 采 用 码 分
多 址 技 术 进 行 扩 展 频 谱 通 信 。 与 常 规 通 信 相 比 ， DS／ CDMA系 统
具 有 高 处 理 增 益 ， 提 高 了 系 统 的 抗 干 扰 能 力 ， 处 理 增 益 GP可
表 示 为 ：
　　GP越 大 则 系 统 抗 干 扰 能 力 越 强 ， 实 际 系 统 所 能 承 受 的 干 扰
可 由 干 扰 容 限 来 表 示 ：
　　Mj=GP－ [Lsys＋ (S／ N)out](2)
　　其 中 GP为 系 统 处 理 增 益 ， Lsys为 系 统 执 行 损 耗 ， 包 括 射 频
滤 波 器 的 损 耗 ， 相 关 处 理 器 的 混 频 损 耗 ， 放 大 器 的 信 噪 比 损
耗 等 。 (S／ N)out为 相 关 接 收 输 出 端 要 求 的 信 噪 比 。 在 工 程 应
用 中 ， GP不 可 能 无 限 增 大 ， 又 因 为 器 件 的 非 线 性 及 码 元 跟 踪
误 差 导 致 信 噪 比 损 失 ， 所 以 扩 频 接 收 机 实 际 上 容 许 输 入 的
干 扰 与 信 号 功 率 比 ， 较 干 扰 容 限 还 要 低 。 并 且 DS／ CDMA系 统 本
身 存 在 多 址 干 扰 ， 因 此 ， 必 须 采 取 一 些 抑 制 干 扰 的 措 施 以
增 强 系 统 的 可 靠 性 。
3 干 扰 来 源 及 抑 制 措 施
3.1 多 址 干 扰 及 其 抑 制
　　在 DS／ CDMA系 统 中 ， 由 于 系 统 内 各 用 户 同 时 使 用 相 同 的 频
带 发 射 信 号 ， 这 样 ， 对 每 一 个 用 户 而 言 ， 其 它 用 户 就 相 当 于
它 的 干 扰 信 号 即 多 址 干 扰 (MAI)， 设 有 k个 用 户 采 用 直 接 序 列
扩 频 ， 使 用 单 路 径 同 步 信 道 ， 则 接 收 信 号 的 基 带 表 示 为 :
从 (5)式 可 看 出 ， 当 用 户 数 量 增 加 时 MAIk也 增 加 ， 尤 其 是 当 存
在 远 近 效 应 时 ， 目 标 用 户 较 弱 的 信 号 (表 示 为 Akdk)可 能 会 被 其
它 用 户 较 强 的 信 号 (MAIk)淹 没 。 抑 制 MAI干 扰 可 以 从 以 下 几 方
面 的 采 取 措 施 ：
　　(1)设 计 相 关 性 优 良 的 扩 频 码
从 上 面 MAI的 数 字 表 达 式 中 可 看 出 ， 码 的 互 相 关 值 越 接 近 零 ，
则 MAI越 少 ， 所 以 选 择 具 有 优 良 相 关 性 能 的 地 址 码 ， 能 减 少
多 址 干 扰 的 影 响 。
　　(2)应 用 有 效 的 功 率 控 制 机 制
　　CDMA系 统 中 所 有 用 户 使 用 同 一 频 率 ， 如 果 均 以 相 同 功 率 发
射 ， 则 靠 近 基 站 的 移 动 台 到 达 基 站 的 信 号 强 ， 远 离 基 站 的
移 动 台 到 达 基 站 的 信 号 弱 ， 导 致 强 信 号 淹 盖 弱 信 号 ， 形 成 远
近 效 应 ， 因 而 增 强 了 各 个 地 址 用 户 之 间 的 相 互 干 扰 。 必 须
采 用 严 格 的 功 率 控 制 机 制 ， 使 得 到 达 基 站 接 收 机 的 各 用 户 信
号 强 度 基 本 相 同 ， 以 减 少 各 地 址 用 户 由 于 信 号 强 度 不 同 造
成 的 影 响 。 实 际 应 用 中 ， 功 率 控 制 的 精 度 越 高 ， 对 抗 MAI干 扰
的 效 果 越 好 。
　　(3)前 向 纠 错 技 术
　　在 DS／ CDMA系 统 中 ， 采 用 FEC前 向 纠 错 技 术 对 抑 制 MAI干 扰 也
有 一 定 的 效 果 ， 设 计 强 有 力 的 前 向 纠 错 码 ， 可 使 接 收 在 较 低
的 信 干 比 下 仍 然 具 有 可 接 受 的 误 码 率 。
　　(4)扇 区 化 ／ 自 适 应 天 线 技 术
　　使 用 仅 集 中 接 收 所 需 窄 小 角 度 范 围 的 定 向 天 线 。 通 过 天
线 增 益 ， 所 需 用 户 信 号 和 一 部 分 MAI得 到 增 强 ， 而 使 从 其 它 角
度 到 达 的 MAI干 扰 信 号 得 到 很 大 衰 减 。
　　(5)话 音 激 活 技 术
　　当 话 音 (或 数 据 )停 顿 或 减 小 时 ， 停 止 传 送 或 减 小 用 户 平 均
功 率 。 对 于 分 布 均 匀 的 所 有 用 户 来 说 ， 这 样 做 可 以 减 小 用
户 的 平 均 功 率 ， 所 以 可 减 少 每 个 用 户 所 受 的 多 址 干 扰 。
　　(6)多 用 户 检 测 技 术
　　由 于 多 址 干 扰 具 有 很 强 的 结 构 性 ， 在 用 户 间 扩 频 码 的 互
相 关 系 数 已 知 的 条 件 下 ， 完 全 可 以 利 用 多 址 干 扰 的 这 些 结 构
信 息 ， 进 一 步 消 除 它 的 负 面 影 响 ， 提 高 系 统 的 性 能 。 多 用
户 检 测 的 基 本 思 想 ， 采 用 空 间 传 输 中 造 成 干 扰 的 用 户 的 各 种
信 息 进 行 抗 干 扰 ， 其 接 收 系 统 模 型 如 图 1：
　　接 收 机 主 要 利 用 多 个 用 户 的 码 元 、 时 间 、 信 号 幅 度 以 及
相 位 等 信 息 联 合 检 测 单 个 用 户 的 信 号 ， 达 到 较 好 的 接 收 效 果
。 检 测 器 的 种 类 较 多 ， 例 如 ： 线 性 解 相 关 检 测 器 ， 线 性 MMS
E多 用 户 检 测 器 ， 判 决 反 馈 检 测 器 ， 连 续 干 扰 抵 消 器 等 ， 每
一 种 检 测 器 都 有 各 自 的 优 缺 点 ， 在 此 不 一 一 比 较 。 多 用 户 检
测 技 术 能 降 低 CDMA系 统 中 功 率 控 制 的 复 杂 度 和 准 确 度 要 求 ，
在 基 站 等 功 率 接 收 的 情 况 下 ， 能 进 一 步 地 提 高 系 统 的 通 信
容 量 和 通 信 质 量 。 但 也 存 在 以 下 缺 点 ： ① 所 有 的 用 户 接 收 机
需 要 准 确 知 道 除 本 用 户 外 的 所 有 正 在 通 信 的 用 户 的 时 延 和
地 址 码 ， 此 外 ， 其 中 一 些 多 用 户 接 收 机 还 需 要 估 计 用 户 的 功
率 或 码 的 互 相 关 值 ； ② 工 程 实 现 相 对 复 杂 。 多 用 户 检 测 技
术 还 在 不 断 的 发 展 和 完 善 中 ， 人 们 已 看 到 其 在 CDMA系 统 中 应
用 的 巨 大 潜 力 。
　　以 上 每 一 种 技 术 对 MAI干 扰 抑 制 都 有 一 定 的 效 果 ， 实 际 使
用 中 ， 往 往 是 综 合 运 用 几 种 抗 干 扰 措 施 ， 从 而 更 有 效 地 提 高
系 统 的 可 靠 性 。
3.2 人 为 干 扰 及 其 它 干 扰 的 抑 制
　　DS／ CDMA系 统 中 除 了 多 址 干 扰 影 响 系 统 的 性 能 外 ， 进 入 扩
频 系 统 的 干 扰 还 可 能 有 ： 其 它 无 线 电 系 统 发 出 的 强 信 号 ， 人
为 干 扰 包 括 窄 带 瞄 准 式 干 扰 和 宽 带 阻 塞 式 干 扰 等 ， 通 常 在
解 扩 解 调 前 采 用 预 处 理 的 方 式 消 除 这 些 干 扰 信 号 ， 原 理 框 图
如 图 2。
　　预 处 理 器 包 括 空 间 滤 波 和 时 间 滤 波 — 用 以 分 离 或 合 成 信
号 。 空 间 滤 波 利 用 天 线 阵 在 空 间 区 分 有 用 信 号 和 干 扰 信 号 (
以 到 达 角 度 为 依 据 )， 由 此 产 生 自 适 应 波 束 形 成 技 术 和 零 位
控 制 技 术 。 自 适 应 天 线 系 统 由 多 元 天 线 阵 和 信 息 处 理 器 组 成
， 天 线 工 作 时 ， 信 息 处 理 器 的 输 入 和 输 出 特 性 按 一 定 的 算
法 调 整 内 部 参 数 ， 自 动 地 修 正 和 优 化 天 线 的 方 向 图 、 频 率 响
应 和 极 化 特 性 ， 并 搜 索 和 跟 踪 有 用 信 号 ， 抑 制 或 消 去 干 扰
信 号 ， 能 在 空 间 频 率 和 极 化 方 面 自 动 对 干 扰 信 号 调 零 ， 对 有
用 信 号 提 供 最 大 增 益 。 时 间 滤 波 器 处 理 从 单 个 天 线 输 出 的
时 间 记 录 信 息 ， 变 换 域 (频 域 ， 时 域 )滤 波 技 术 是 时 间 滤 波 器
最 常 采 用 的 处 理 技 术 。
　　频 域 处 理 ： 用 FFT变 换 将 收 到 的 时 域 信 号 转 换 到 频 域 ， 含
有 多 余 信 号 能 量 的 频 率 集 被 认 为 受 到 干 扰 并 进 行 频 率 搬 移 ，
实 际 是 由 FFT算 法 完 成 对 接 收 信 号 总 的 谱 估 计 ， 根 据 估 计 结
果 进 行 抗 干 扰 滤 波 器 的 设 计 。
　　时 域 处 理 ： 自 适 应 线 性 预 测 器 和 平 滑 滤 波 器 ， 运 用 最 小
均 方 (LMS)和 循 环 最 小 平 方 (RLS)的 方 法 进 行 处 理 ， 对 干 扰 信 号
的 处 理 在 很 大 程 度 上 依 赖 于 信 号 － 干 扰 比 。
　　预 处 理 方 式 能 够 比 较 好 的 抑 制 窄 带 瞄 准 式 干 扰 及 它 台 强
信 号 干 扰 ， 在 CDMA系 统 中 特 别 是 军 用 战 术 扩 频 电 台 中 最 为 适
用 。
4 结 束 语
　　CDMA优 于 其 它 多 址 技 术 是 由 于 其 宽 带 扩 频 特 性 为 有 效 抑 制
干 扰 和 噪 声 提 供 了 更 大 的 潜 力 。 而 干 扰 管 理 也 正 是 CDMA系 统
能 够 稳 定 运 行 的 关 键 。 CDMA系 统 的 各 项 技 术 基 本 上 都 是 围 绕
干 扰 管 理 这 个 核 心 来 展 开 。 CDMA系 统 是 干 扰 受 限 的 系 统 ， 任
何 降 低 干 扰 和 噪 声 的 技 术 的 采 用 都 能 提 高 系 统 的 容 量 和 通
信 质 量 。

　　参 考 文 献
　　[1]Ohno K， Sawahashi M， Adachi F Wideband Coherent DS－ CDMA Proc
IEEE Vechicular Technology Conference(VTC)， Chicago， Illinois， USA： 779
783
　　[2]Moshavi S Muiti user Detection for DS－ CDMA Communication IEEE
Communicatilns Magazine 34(10)： 124 137
　　[3]查 光 明 ， 熊 贤 祚  扩 频 通 信  西 安 ： 西 安 电 子 科 技 大
学 出 版 社 ， 1990
　　[4]孙 立 新 ， 刑 宁 霞  CDMA移 动 通 信 技 术  北 京 ： 人 民 邮 电
出 版 社 ， 1997
　　[5]Rapajic PB， Vucetic BS Adaptive Receiver Structures for Asynchrono
us CDMA System IEEE Journal on Selected Areas in Communications 12(4)： 68
5 697 □ 摘自《移动通信》

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