一種提高并行干擾消除算法性能的方法

劉松柏

(中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所， 成都 610036)

直接序列擴(kuò)頻(DS-CDMA)碼分多址系統(tǒng)中，碼分多址干擾(MAI)是制約系統(tǒng)容量及性能的主要因素。為減小碼分多址系統(tǒng)的多址干擾，擴(kuò)大系統(tǒng)容量發(fā)展了多用戶檢測(cè)和干擾抑制技術(shù)。多用戶檢測(cè)有很高的計(jì)算復(fù)雜度，工程實(shí)現(xiàn)難度很大。干擾消除技術(shù)無需各用戶信號(hào)的先驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，是目前實(shí)用性較強(qiáng)的一種干擾抑制技術(shù)[1-3]。本文首先給出了直接序列擴(kuò)頻(DS-CDMA)碼分多址系統(tǒng)的信號(hào)模型，描述了一種基于并行干擾消除技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案以及評(píng)價(jià)干擾消除性能的方法[4-6]，然后把拉格朗日插值算法引入到干擾消除算法中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)本地恢復(fù)的干擾信號(hào)的精確時(shí)延控制，減小干擾信號(hào)的估計(jì)偏差，最后進(jìn)行Matlab仿真分析，仿真結(jié)果顯示改進(jìn)的干擾消除方案可提高干擾消除效果。

1 信號(hào)模型

假設(shè)碼分多址系統(tǒng)中共有K個(gè)用戶，其中用戶i發(fā)射的信號(hào)記為si(t)，考慮信號(hào)在加性高斯白噪聲信道中傳輸，則接收信號(hào)可表示為

其中pi，di(t)，ci(t)，ωi，θi分別為第i個(gè)信號(hào)的發(fā)送功率，調(diào)制信息，擴(kuò)頻碼，載波頻率，載波初始相位；n(t)表示高斯白噪聲。

傳統(tǒng)的單用戶匹配濾波器輸出為

第1項(xiàng)為解調(diào)的有用信息，第2項(xiàng)為多址干擾，第3項(xiàng)為噪聲。

2 干擾消除的實(shí)現(xiàn)方案

干擾消除的基本思想是對(duì)各用戶信號(hào)進(jìn)行估計(jì)并在本地重構(gòu)出各用戶信號(hào)，然后從接收信號(hào)中減去重構(gòu)的多址干擾信號(hào)，以達(dá)到消除多址干擾的目的。干擾消除后的信號(hào)可表示為

考慮信號(hào)處理的時(shí)延，干擾消除的實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖1所示。

干擾消除后的信號(hào)可表示為

ri(t)=r(t-Td)-rMAI-i(t)=

圖1描述的干擾消除實(shí)現(xiàn)方案中，通過第一級(jí)的單用戶解調(diào)單元可以得到各用戶信號(hào)的發(fā)送功率、調(diào)制數(shù)據(jù)、擴(kuò)頻碼、載波頻率和載波相位的估計(jì)值。這些信息送到信號(hào)重構(gòu)模塊中可以在本地重構(gòu)出接收信號(hào)中的各路用戶信號(hào)，通過時(shí)延調(diào)整單元可以使本地重構(gòu)信號(hào)與延遲后的接收信號(hào)在時(shí)間域上嚴(yán)格對(duì)齊，實(shí)現(xiàn)干擾消除[7-8]。最后由一組單用戶解調(diào)器來接收解調(diào)干擾消除后的各路信號(hào)。

干擾消除的性能不但與本地重構(gòu)的各用戶信號(hào)的發(fā)送功率、調(diào)制數(shù)據(jù)、擴(kuò)頻碼、載波頻率、載波相位的估計(jì)值有關(guān)還與時(shí)延單元的時(shí)間控制精度有關(guān)。時(shí)延控制模塊一般是基于高速的存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的延時(shí)控制，時(shí)延控制的精度為系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)鐘周期。在圖1描述的干擾消除實(shí)現(xiàn)原理框圖中，假設(shè)第一級(jí)解調(diào)器和重構(gòu)單元的總時(shí)延為Tg，接收信號(hào)總的延遲時(shí)間為Td(Td>Tg)，因此需要增加延時(shí)單元來調(diào)整本地重構(gòu)信號(hào)的時(shí)延,使調(diào)整后的重構(gòu)信號(hào)在時(shí)域上與r(t-Td)信號(hào)波形嚴(yán)格對(duì)齊。一般來說Td-Tg不是系統(tǒng)時(shí)鐘的整數(shù)倍，因此傳統(tǒng)的延時(shí)單元無法實(shí)現(xiàn)小于系統(tǒng)時(shí)鐘周期的精確時(shí)延控制。

3 改進(jìn)的干擾消除實(shí)現(xiàn)方案

針對(duì)非整數(shù)倍時(shí)鐘周期的時(shí)延控制問題，引入拉格朗日插值算法模塊到延遲控制單元，可實(shí)現(xiàn)小于1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)延的的任意精度的時(shí)延控制，提高了本地重建的干擾信號(hào)與接收信號(hào)波形對(duì)齊的準(zhǔn)確度。估計(jì)的干擾信號(hào)的延時(shí)分成兩部分，整數(shù)倍系統(tǒng)時(shí)鐘周期的延時(shí)(Tn)由高速存儲(chǔ)延時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)，小于1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的時(shí)延Tint由插值模塊實(shí)現(xiàn)，Td=Tg+Tn+Tint。改進(jìn)的時(shí)延控制實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

拉格朗日插值算法的多項(xiàng)式逼近值定義為

其中，pk(t)為拉格朗日多項(xiàng)式：

在任意的t′=t0+αTclk值可表示為

采用改進(jìn)的時(shí)間延遲控制方案后，對(duì)重構(gòu)干擾信號(hào)的時(shí)間延遲控制分成兩部分實(shí)現(xiàn)，插值模塊實(shí)現(xiàn)小于1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的延遲控制，基于存儲(chǔ)器單元的模塊實(shí)現(xiàn)整數(shù)倍系統(tǒng)時(shí)鐘周期的延遲控制。

4 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)

仿真條件如下：

用戶數(shù)量為30；調(diào)制方式為BPSK+擴(kuò)頻；各路信號(hào)電平相等；擴(kuò)頻碼速率為9.6 MHz；擴(kuò)頻碼長為2 047；信息速率為87.5 kbps；信道編碼方式為LDPC_2_3(1536,1024)。仿真結(jié)果如圖3所示。

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)時(shí)延控制方案無法實(shí)現(xiàn)小于系統(tǒng)時(shí)鐘周期的精確時(shí)延控制，本文把拉格朗日插值算法引入到并行干擾消除算法中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)估計(jì)的干擾信號(hào)的精確時(shí)延控制，仿真結(jié)果顯示，改進(jìn)的并行干擾消除實(shí)現(xiàn)方案可顯著提高干擾消除性能，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

[1] 趙星.同步DS-CDMA系統(tǒng)中基于信號(hào)重構(gòu)的并行干擾消除算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016,36(1):64-70．

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