TDR-IDMA的信號傳輸及檢測技術研究.pdf

1、多址技術一直是個人通信領域，尤其是基于蜂窩架構的無線移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術之一。理論分析與實踐經驗均己證明了基于非正交分割時頻資源的碼分多址(CDMA)能夠取得比正交分割時頻資源的時分多址(TDMA)和頻分多址(FDMA)更高的頻譜效率，因此CDMA技術成為第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的核心技術而得到了廣泛的應用。然而CDMA系統(tǒng)由于多址干擾(MAI)的存在，在實際應用中并沒有完全發(fā)揮出CDMA在容量上的潛在優(yōu)勢。隨著CDMA系統(tǒng)容量的

2、擴大，MAI問題日益嚴重，影響到3G以及未來移動通信系統(tǒng)容量和頻譜利用效率的進一步提高。
　　 為了以較低的復雜度解決CDMA系統(tǒng)中日益嚴重的多用戶干擾(MUI)問題，Liping教授提出了交織分多址(IDMA：Interleave-Division Multiple Access)，簡稱為交織多址。在IDMA系統(tǒng)中，交織器作為區(qū)分用戶的唯一手段，對不同的用戶采用不同的交織圖案。交織器輸出序列的相鄰碼片之間近似無關，從而使逐碼片

3、(CBC：Chip-by-Chip)的迭代多用戶檢測(MUD：Multi-User Detection)得以實現(xiàn)，這也是IDMA的關鍵所在。
　　 IDMA作為一種新興的無線多址接入技術，由于其獨特的優(yōu)勢，使其在下一代移動通信中具有廣泛的應用前景，已成為第四代移動通信(4G)的熱門候選標準之一，并引起國內外研究人員的廣泛關注。
　　 目前的研究表明，雖然IDMA系統(tǒng)的迭代多用戶檢測算法比傳統(tǒng)CDMA系統(tǒng)簡單，但是信號檢測

4、的收斂速度非常緩慢。而IDMA系統(tǒng)迭代檢測的收斂速度直接影響著系統(tǒng)的數據傳輸速度，未來移動通信系統(tǒng)具有更高的數據傳輸速率，如何進一步提高IDMA系統(tǒng)迭代檢測的收斂速度具有非常重要的意義。另外，在IDMA系統(tǒng)中，交織器作為區(qū)分用戶的唯一手段，雖然上行鏈路與下行鏈路具有對稱的特點，將上行鏈路的信號處理方法應用到下行鏈路中，從理論上是可行的，但實際上并不可取，畢竟下行鏈路中的用戶端對復雜度、安全性、經濟性等方面有很高的要求。
　　 基

5、于上述問題，本課題著重研究了基于時分雙工(TDD：Time-DivisionDuplexing)和時間反轉(TR：Time Reversal)的IDMA系統(tǒng)的信號傳輸及檢測技術，我們將這種系統(tǒng)稱為時分雙工時間反轉IDMA，即TDR-IDMA。主要研究工作包括如下：
　　 1.針對IDMA迭代多用戶檢測的收斂速度隨用戶數增長而減慢的問題，本課題提出了一種有效的基于TR的IDMA迭代多用戶檢測算法。該算法通過上行鏈路時分雙工獲得信道

6、沖激響應的時間反轉，基站接收機利用信道沖激響應的時間反轉預處理接收信號。借助于時間反轉處理的時壓縮特性以及不同用戶信道沖激響應間的弱相關性和同一用戶不同路徑間的弱相關性，經過預處理，使IDMA迭代多用戶檢測的初始信干噪比(SINR：Signal to Interference and Noise Ratio)遠高于未做時間反轉預處理的IDMA的初始SINR。從而加快了IDMA迭代多用戶檢測的收斂速度，進而有效地解決了IDMA迭代多用戶檢

7、測的速度瓶頸問題。
　　 2.針對IDMA下行鏈路中用戶端接收設備復雜度比較高的問題，本課題提出了一種基于時分雙工模式和時間反轉技術的IDMA下行傳輸及簡化接收方法。該方法通過時分雙工獲得信道沖激響應，基站發(fā)射端利用信道沖激響應的時間反轉預處理發(fā)射信號。在時間反轉及多輸入單輸出(MISO：Multiple Input-Single Output)技術作用下，利用不同用戶信道沖激響應之間的弱相關性以及時間反轉處理的空間和時間壓縮特

8、性，削弱多用戶干擾、共道干擾(CCI)和符號間干擾(ISI)。從而使用戶接收端只需一個簡單的單徑接收機即可完成信號的檢測，避免了復雜的逐碼片迭代多用戶檢測，同時將信道估計器也從用戶端轉移到基站端，進而使用戶端接收機設備復雜度大大簡化。
　　 另外，本課題還提出了一種IDMA/CDMA混合傳輸模式來克服IDMA下行鏈路中用戶端接收設備復雜度比較高的問題。在這種混合模式中，上行鏈路采用IDMA傳輸及檢測，下行鏈路采用IDMA/CDM

9、A混合傳輸及檢測。在下行傳輸及檢測系統(tǒng)中，為了抑制或消除MUI，一方面，選用正交性能較好的碼作為用戶波形碼，在用戶接收端信號檢測時，利用用戶之間的波形碼的互相關信息對接收信號進行處理；另一方面，將原來CDMA中各用戶使用同一種交織器改為不同用戶使用不同的交織器，進而可加強用戶端的單用戶信號檢測。
　　 3.針對單載波IDMA系統(tǒng)頻域均衡(FDE：Frequency Domain Equalization)中預編碼的復雜度問題，本

10、課題提出了基于時間反轉預編碼和迭代LMMSE頻域均衡的傳輸檢測算法，即單載波TDR-IDMA系統(tǒng)頻域均衡的傳輸檢測算法，從而使發(fā)射端預編碼更簡單，易于實現(xiàn)。最后給出了單載波TDR-IDMA系統(tǒng)的時間反轉預編碼與單載波IDMA系統(tǒng)的注水原理預編碼、優(yōu)化預編碼和Proakis B信道未做預編碼時在迭代LMMSE準則下的頻域均衡算法的性能對比及分析。
　　 4.針對IDMA系統(tǒng)迭代檢測的優(yōu)勢和最大期望(EM：Expectation M