二維塊擴頻CDMA技術在寬帶無線通信中相關問題的研究.pdf

1、隨著無線多媒體業(yè)務的不斷發(fā)展，使得商用進程中的第三代移動通信系統(tǒng)也逐漸不能滿足需求。國際標準化組織在2007年12月召開的ITU會議上，規(guī)定未來第四代移動通信系統(tǒng)，可用頻帶資源為3.4GHz~3.6GHz，以實現(xiàn)下行鏈路1Gbps的傳輸速率，上行鏈路100Mbps傳輸速率的高速數(shù)據(jù)傳輸。但這樣高的速率會帶來許多新的問題，譬如頻率選擇性多徑衰落干擾、上行鏈路多用戶不同步和路徑延遲擴展帶來的多用戶干擾、如何在有限帶寬下更好提高頻譜利用率、發(fā)

2、射功率過高等等諸多實際問題。本文首先具體分析了上述四個問題產(chǎn)生的原因，并簡要介紹了目前熱點解決方案。例如對于頻率選擇性衰落信道問題，基于最小均方誤差的頻域均衡技術或多天線(MIMO)分集傳輸方式，可以有效改善系統(tǒng)的誤碼率；對于上行鏈路多用戶干擾問題，采用日本安達研究室提出的二維塊擴頻技術，具有極低的計算復雜度和誤碼率特性；而作為未來寬帶無線通信中的核心技術，多天線空間復用技術(MIMO-SDM)則是目前應用最廣研究最多的解決頻譜利用率低

3、的方法；應對高速傳輸中發(fā)射功率過高問題，目前研究較為廣泛的多用戶協(xié)作通信模式則是很好的策略。
　　本文的研究則是基于單載波/多載波下的頻域均衡技術與二維塊擴頻技術相結合的上行鏈路多用戶傳輸系統(tǒng)。圍繞合理利用二維擴頻碼字、改善頻率選擇性衰落信道帶來的干擾、提高頻譜利用率、改善二維塊擴頻系統(tǒng)的性能、信道估計算法、有效利用協(xié)作通信模式降低發(fā)射功率等展開課題研究，全文主要分為四個部分。
　　首先，針對二維塊擴頻多用戶多媒體傳輸系統(tǒng)的

4、碼字資源有限問題，分別考慮了擴頻碼的分配算法和復用算法，以期達到有效改善碼字利用效率、降低系統(tǒng)中斷概率、提高碼字復用效率、合理利用資源的目的。碼字資源利用問題，可以認為是二維塊擴頻系統(tǒng)研究的基本問題，因此本文的第2章，將首先對該問題進行論述，并對與之相關的四個具體問題展開討論，分別為單小區(qū) CDMA多用戶多媒體傳輸系統(tǒng)中的碼字分配算法、二維塊擴頻在單小區(qū)上行鏈路中碼字分配算法的研究、二維塊擴頻在多小區(qū)上行鏈路系統(tǒng)中碼復用算法的研究和二維

5、塊擴頻在多小區(qū)上行鏈路系統(tǒng)中碼分配算法的綜合分析，最后給出較理想的解決方案。
　　通過第2章的研究，可以初步解決由于二維塊擴頻技術本身特點所固有的碼字資源分配問題。下一步需要考慮的則是，能否在基于二維塊擴頻和頻域均衡技術的上行多用戶干擾和頻率選擇性衰落信道中，進一步降低用戶誤碼率、進一步提高頻譜利用效率?？紤]到 MIMO具有分集增益改善系統(tǒng)誤碼率性能和分集復用改善系統(tǒng)的頻譜效率特性的特點，在第3章將基于頻域均衡的二維塊擴頻系統(tǒng)與M

6、IMO系統(tǒng)相結合，討論上行鏈路中基于二維塊擴頻技術的多用戶MIMO系統(tǒng)。這部分，主要討論四個方面，即二維塊擴頻技術與循環(huán)延遲傳輸分集(CDTD)技術相結合的系統(tǒng)結構和性能分析；二維塊擴頻技術與空時編碼傳輸分集(STTD)技術相結合的系統(tǒng)結構和性能分析；二維塊擴頻技術與空時循環(huán)延遲傳輸分集(STCDTD)技術相結合的系統(tǒng)結構和性能分析；并給出二維塊擴頻與MIMO-SDM相結合時的系統(tǒng)結構，以及對三種相應情況下各自特點的討論。
　　觀

7、察第3章的仿真結果，可以發(fā)現(xiàn)當二維塊擴頻技術與天線分集技術相結合時，隨著頻率選擇性衰落信道的惡化，系統(tǒng)性能將急劇下降。之所以會產(chǎn)生這樣的仿真結果，是由多用戶二維塊擴頻系統(tǒng)本身特點所決定的。在本文第1章只是初步介紹了二維塊擴頻模型，因此在第4章開篇，將再次詳盡分析二維塊擴頻系統(tǒng)的特性，指出之所以二維塊擴頻系統(tǒng)可以避免多用戶干擾(MAI)，一是由于采用正交碼字使用戶保持正交，二是基于信道是慢衰落系統(tǒng)的假設。而當信道變成快衰落系統(tǒng)時，信道參數(shù)

8、將在連續(xù)的塊(block)中發(fā)生變化，此時殘留的MAI將破壞系統(tǒng)整體性能，尤其當二維塊擴頻系統(tǒng)聯(lián)合 MIMO分集技術時，對信道特性更為依存時，破壞性更大。據(jù)此，其后在第4章，首先將結合MIMO-SDM接收端檢測技術，給出幾種解決二維塊擴頻系統(tǒng)在快衰落情況下的解決方案。然后，考慮到上述討論分析都是針對理想信道估計基礎上進行的，而實際系統(tǒng)由于信道估計的偏差，必然會造成系統(tǒng)性能的下降。因此在第4章的后半部分，提出一種基于最小均方誤差(MMSE

9、)準則和無跡卡爾曼濾波器(UKF)聯(lián)合迭代檢測的信道估計算法，并把這種算法分別應用在SC/MC-CDMA系統(tǒng)、多天線STTD系統(tǒng)和二維塊擴頻系統(tǒng)中。
　　實際上在本文的第2、3、4章的討論中，都是基于傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的相關研究，考慮到協(xié)作通信可以有效的降低發(fā)射功率，因此本文第5章將在前幾章討論的基礎上，進一步分析上行鏈路多用戶多天線傳輸系統(tǒng)在協(xié)作通信中的相關問題。第5章將首先給出本研究提出的虛擬蜂窩網(wǎng)絡結構，然后借用Ad hoc網(wǎng)絡中