移動(dòng)通信系統(tǒng)多址接入干擾與小區(qū)間干擾分析與抑制.pdf

1、隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶對(duì)移動(dòng)通信的有效性和可靠性都提出了更高的要求，這就需要系統(tǒng)內(nèi)用戶的信干噪比(SINR)必須得到極大的提高。而提高SINR除了增大信號(hào)功率外，降低各類干擾成了一種極其有效的方法，也是移動(dòng)通信系統(tǒng)中的一個(gè)研究關(guān)鍵點(diǎn)。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的干擾主要包括小區(qū)內(nèi)的多址接入干擾和小區(qū)間干擾，對(duì)這兩者干擾大小的分析及抑制技術(shù)的研究，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本論文首先采用隨機(jī)接入隨機(jī)擴(kuò)頻碼分多址(CDMA)系統(tǒng)模型和

2、大系統(tǒng)分析方法，結(jié)合重傳分集和多用戶檢測(cè)技術(shù)，深入揭示CDMA系統(tǒng)中多址接入干擾等問題的基本特性和極限性能；然后通過對(duì)蜂窩系統(tǒng)小區(qū)間干擾大小的分析，本文采用了各小區(qū)間信號(hào)在自相關(guān)域不重疊的特性，提出了基于信號(hào)自相關(guān)的方法，以有效地降低小區(qū)間的干擾。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴CDMA是個(gè)干擾受限的系統(tǒng)。由于多用戶檢測(cè)技術(shù)在恢復(fù)信號(hào)的過程中，同時(shí)考慮了來(lái)自其他用戶的干擾，因此該技術(shù)可以極大地抑制多址接入干擾，提高系統(tǒng)性能。論文首先

3、針對(duì)瑞利衰落信道中的CDMA隨機(jī)接入系統(tǒng)，研究了其在解相關(guān)和最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)器下的性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)用戶數(shù)和擴(kuò)頻增益都趨于無(wú)窮大而兩者的比值為一定值時(shí)，系統(tǒng)接收端的輸出SINR幾乎處處收斂于某個(gè)常數(shù)，而該常數(shù)與擴(kuò)頻序列無(wú)關(guān)，只依賴于業(yè)務(wù)負(fù)載、傳輸概率、信道響應(yīng)和發(fā)送功率分布情況。通過對(duì)吞吐量和頻譜效率的分析，發(fā)現(xiàn)MMSE檢測(cè)器要優(yōu)于解相關(guān)檢測(cè)器，這是因?yàn)镸MSE檢測(cè)器還考慮了系統(tǒng)噪聲的影響。通過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的研究，得到

4、系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的條件為數(shù)據(jù)包的到達(dá)速率小于服務(wù)速率；通過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的仿真研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域隨著業(yè)務(wù)負(fù)載的提高而縮小。
　　 ⑵無(wú)線CDMA信道的特征是多用戶干擾和多徑衰落，數(shù)據(jù)包需要傳輸多次才能被成功檢測(cè)。由于多址接入干擾、噪聲和衰落都是隨機(jī)時(shí)變的，因此每次接收到重傳的數(shù)據(jù)包信號(hào)是不相同的。如果將多次重傳的數(shù)據(jù)包進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，則可以獲得額外的重傳分集。論文將重傳分集應(yīng)用于CDMA隨機(jī)接入系統(tǒng)，研究其在瑞利衰落信道下的

5、多址接入干擾以及系統(tǒng)性能的情況；并結(jié)合匹配濾波器、MMSE檢測(cè)器，采用大系統(tǒng)分析方法，得到SINR下界的閉合表達(dá)式，該表達(dá)式同樣與擴(kuò)頻序列無(wú)關(guān)。理論分析和仿真結(jié)果表明，重傳分集和多用戶檢測(cè)技術(shù)都可以極大地提高系統(tǒng)的吞吐量和頻譜效率等性能。通過對(duì)能量效率的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信噪比(SNR)大于某個(gè)最佳值時(shí)，頻譜效率隨著能量效率的增加而增加，并趨近于某個(gè)恒定值；而當(dāng)SNR小于該最佳值時(shí)，頻譜效率隨著能量效率的增加而降低。
　　 ⑶對(duì)CDM

6、A蜂窩系統(tǒng)上行鏈路的性能進(jìn)行了分析。信道模型同時(shí)考慮了大尺度衰落和小尺度衰落：大尺度衰落采用路徑損耗和陰影衰落相結(jié)合的模型；小尺度衰落采用瑞利衰落模型。論文首先分析了在基站接收端所遭受的小區(qū)內(nèi)多址干擾和小區(qū)間干擾的情況；其次采用大系統(tǒng)分析方法分別推導(dǎo)得出了通過匹配濾波器和MMSE檢測(cè)器后的輸出SINR近似值，該SINR只取決于小區(qū)負(fù)載、用戶發(fā)送功率、信道增益，而與擴(kuò)頻序列無(wú)關(guān)?；谠揝INR模型，我們進(jìn)一步分析了系統(tǒng)的誤碼率和吞吐量性能

7、，并通過仿真驗(yàn)證了分析的準(zhǔn)確性。同時(shí)通過數(shù)值結(jié)果分析了有限用戶蜂窩系統(tǒng)的容量大小。
　　 ⑷在實(shí)際的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于小區(qū)間干擾已逐漸成為制約系統(tǒng)性能提升的主要干擾，本論文針對(duì)蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路，提出了一種基于信號(hào)自相關(guān)的降低小區(qū)間干擾的方法。該方法首先在發(fā)送端，通過采用不同的預(yù)濾波器，使得來(lái)自不同基站的發(fā)送信號(hào)在自相關(guān)域內(nèi)互不重疊；在接收端，通過設(shè)計(jì)合適的自相關(guān)匹配濾波器消除來(lái)自鄰小區(qū)的干擾。由于該方法需要使用多個(gè)接收天線，

8、為了降低移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，本文又提出了一種改進(jìn)方法，來(lái)消除最強(qiáng)的一個(gè)鄰小區(qū)干擾。改進(jìn)后的方法只需要2根接收天線，仿真結(jié)果表明，該改進(jìn)方法特別適合于小區(qū)邊緣的用戶。
　　 ⑸提出了一種消除時(shí)分雙工(TDD)蜂窩系統(tǒng)上行跨時(shí)隙干擾的方法。該方法分四個(gè)步驟：①將蜂窩系統(tǒng)劃分為多個(gè)不重疊的區(qū)群，每個(gè)區(qū)群由N個(gè)相鄰小區(qū)構(gòu)成，然后將N個(gè)互不相同的序列對(duì)應(yīng)分配給各個(gè)區(qū)群內(nèi)的N個(gè)小區(qū)；②每個(gè)小區(qū)的基站根據(jù)業(yè)務(wù)情況確定上行時(shí)隙段所處的跨時(shí)隙區(qū)