多載波CDMA系統(tǒng)介紹 及其檢測初探

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,多載波,CDMA,系統(tǒng)介紹,報(bào)告人 張媛媛,2004.1.2,內(nèi)容介紹,背景介紹,幾種常見的多載波,CDMA,系統(tǒng),各種多載波,CDMA,適用的接收檢測技術(shù),目前研究方向與今后工作,參考文獻(xiàn),2,背景介紹（1）,OFDM,技術(shù)的基本思想是將高速數(shù)據(jù)流分解成多個低速數(shù)據(jù)流，各個低速數(shù)據(jù)流在不同的子載波上并行傳輸。子載波上較低的數(shù)據(jù)速率實(shí)際上意味著每個子載波信道具有平衰落特性，可有效地克服信道頻率選擇性的影響，從而減少由于,ISI,所帶來的系統(tǒng)性能損失；子載波的正交性使得信道干擾的影響被減小為每個子載波上

2、乘一個復(fù)傳輸因子，這樣信號均衡就變得非常簡單 1。另外，,OFDM,技術(shù)允許相鄰子載波的頻譜有很大程度的重疊，從而能更加有效的利用可用頻段，使頻譜利用率很高。另外，,OFDM,技術(shù)也很容易使用,FFT,器件來實(shí)現(xiàn)，而并不增加發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的復(fù)雜度。,3,背景介紹（2）,由于,OFDM,的以上優(yōu)點(diǎn)，使得在下一代無線移動通信中倍受青睞。,OFDM,較之直接序列擴(kuò)頻技術(shù)具有更靈活的頻率分集能力和更高效的頻譜利用能力，但是，如果子載波處于深衰落時，如不采用糾錯編碼，會產(chǎn)生很高的誤碼率。而,CDMA,技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展成熟的技術(shù)，因此,OFDM,與,CDMA,技術(shù)的結(jié)合可以取長補(bǔ)短，達(dá)到更好的通信傳輸效果，

3、必然在下一代無線移動通信系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色。1993年出現(xiàn)了3種將二者結(jié)合的技術(shù)。,N.Yee,J-P.Linnartz,G.Fettweis,提出了,MC-CDMA,系統(tǒng)；,K.,Fazel,L.,papke,等人提出,了,MC-DS-CDMA,系統(tǒng)；,L.,Vandendorpe,提出,了,MT-CDMA,系統(tǒng),2,。這三種也是現(xiàn)在研究最多的多載波,CDMA,系統(tǒng)。,4,DS-CDMA,系統(tǒng),f,0,cos(,w,0,t,),a(i),5,MC-CDMA,系統(tǒng)（1）,C1,C2,C3,C4,復(fù) 制 器,C1,C2,C3,C4,cosw,1,t,cosw,2,t,cosw,3,t,c

4、osw,4,t,a(i),b(i),f,1,f,2,f,3,f,4,IDFT,并串轉(zhuǎn)換,加CP,6,MC-CDMA,系統(tǒng)（2）,所謂頻域擴(kuò)頻，即原始數(shù)據(jù)流的每個符號與擴(kuò)頻碼各個碼片相對應(yīng)的各小部分相乘后沿不同的子載波進(jìn)行傳輸。時域擴(kuò)頻，即與,DS-CDMA,的直接序列擴(kuò)頻操作幾乎完全一致。,在,MC-CDMA,中，一般采用,Hadamard,Walsh,碼來作為其頻域擴(kuò)頻碼，不過也有采用其他碼的，在,1,中，它采用了傅里葉編碼矩陣作為擴(kuò)頻碼矩陣，這樣發(fā)射的擴(kuò)頻與,IFFT,兩者相互抵消，產(chǎn)生了一個進(jìn)行分組處理的純單載波系統(tǒng)。這個系統(tǒng)也有很多優(yōu)點(diǎn)。,7,MC-DS-CDMA,系統(tǒng),串并轉(zhuǎn)換,C(

5、t),C(t),C(t),C(t),C1,C2,C3,C4,cosw,1,t,cosw,2,t,cosw,3,t,cosw,4,t,a(i),b(i),f,1,f,2,f,3,f,4,8,MT-CDMA（1）,串并轉(zhuǎn)換,C(t),C(t),C(t),C(t),cosw,1,t,cosw,2,t,cosw,3,t,cosw,4,t,a(i),C(t),b(i),f1 f2 f3 f4,9,MT-CDMA（2）,在該方法中，各子載波在進(jìn)行擴(kuò)頻操作之前具有滿足正交性條件的最小頻率間隔，也就是說各路子數(shù)據(jù)流在未擴(kuò)頻前調(diào)制到不同的子載波所得到的已調(diào)子載波彼此正交，但是經(jīng)過擴(kuò)頻后它們的頻譜不再滿足正交條件

6、。它與,MC-DS-CDMA,的發(fā)射機(jī)方法基本類似。不同之處在于，擴(kuò)頻序列的碼片持續(xù)期與子載波的頻率間隔不再滿足互為倒數(shù)的關(guān)系。接收機(jī)的處理方法也不同。,MT-CDMA,的擴(kuò)頻碼長度遠(yuǎn)大于常規(guī)的,DS-CDMA,方法，這樣它具有更大的擴(kuò)頻處理增益，能夠容納更多的用戶。,10,幾種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)參數(shù)比較,2,子載波符號持續(xù)期,子載波數(shù),處理增益,碼片,持續(xù)期,子載波,頻率間隔,所需帶寬,DS-CDMA,T,s,1,G,DS,T,s,/,G,DS,G,DS,/,T,s,MC-CDMA,T,s,N,c,=,G,MC,G,MC,=G,DS,1/,T,s,(,G,DS,+1)/,T,s,MC-DS-CDMA

7、,N,c,T,s,N,c,G,MD,=,G,DS,N,c,T,s,/,G,DS,G,DS,/,(,N,c,T,s,),(,N,c+,1)/,N,c,G,DS,/,T,s,MT-CDMA,N,c,T,s,N,c,G,MT,=,N,c,G,DS,T,s,/,G,DS,1/,(,N,c,T,s,),(,N,c+-,1)/(,N,c,T,s,)+2*,G,DS,/,T,s,當(dāng)使用規(guī)則脈沖時，,MC-CDMA,MC-DS-CDMA,所需的頻帶寬度約為,DS-CDMA,的一半，,MT-CDMA,與,之相同，在,DS-CDMA,中使用一定滾降系數(shù)的乃奎斯特濾波器時，它們所需的帶寬相近。,11,改進(jìn)的,MC-

8、CDMA,12,改進(jìn),的,MC-DS-CDMA,13,接收與檢測技術(shù)（1）,在,DS-CDMA,中，使用,Rake,接收機(jī)，并用,MUD,技術(shù)消除多址干擾。但是，,DS-CDMA,接收機(jī)很難全部利用分散在時域的接收信號能量,2,。,在,MC-CDMA,中，接收信號相當(dāng)于在頻域進(jìn)行合并，這樣頻率分集性能就很好。這也是,MC-CDMA,的一個主要優(yōu)點(diǎn)。,14,接收與檢測技術(shù)（2）,LPF,LPF,LPF,LPF,D,cosw,1,t,cosw,2,t,cosw,3,t,cosw,4,t,q1,q2,q3,q4,15,接收與檢測技術(shù)（3）,*,ORC,(,Orthogonality,Restorin

9、g Combining）,*,CE,(Controlled Equalization）,上式中，傳輸性能差的子載波上可能乘上大的增益因子。這樣噪聲變被放大了，降低了誤碼率性能。,u,(),是單位階躍函數(shù)，,是判決門限，對一個給定的信噪比，便存在一個最優(yōu)的門限來使誤碼率最小。這種方法改進(jìn)了,ORC,中噪聲的放大影響。它的判決是基于幅度大于檢測門限的子載波基帶信號之和。,16,接收與檢測技術(shù)（4）,*EGC（Equal Gain Combining)、,MRC（Maximum Ratio Combining）,*,MMSEC,17,接收與檢測技術(shù)（5）,由于引入了,CDMA,技術(shù)，,MC-CDMA

10、,也是一種干擾受限系統(tǒng)。特別是在多用戶的情況下，由于擴(kuò)頻碼引入的多址干擾對誤碼率的影響遠(yuǎn)大于高斯噪聲的影響。所以在遭受到嚴(yán)重的多址干擾時候，同樣要考慮多用戶檢測技術(shù)。常用的多用戶檢測技術(shù)有：,*,最大似然檢測技術(shù)（,ML MUD）,它的基本思想是計(jì)算接收到的序列與所有可能的傳輸序列之間的歐式距離，從而選擇最可能的傳輸序列，這種算法精度高，適用于上、下行鏈路，但其復(fù)雜度隨用戶數(shù)而成指數(shù)增長。,18,接收與檢測技術(shù)（6）,*,迭代檢測算法,每次檢測出當(dāng)前所有激活用戶的信息，然后從總的信息中減去不需要的其他用戶成分，再進(jìn)行下次迭帶。在,MC-CDMA,中引入這種迭帶算法，干擾信號的獲取則利用了單用戶

11、檢測技術(shù)。一般采用兩級迭帶。常用的迭帶算法有：,EGC-EGC MUD,這種方法需要知道分配給各用戶的擴(kuò)頻碼。,ORC-MRC MUD,當(dāng)對其他用戶的判決是正確的，這種方法可以進(jìn)一步降低誤碼率。這種方法需要知道分配給各用戶的擴(kuò)頻碼。,CE-ML MUD,這種方法需要知道分配給各用戶的擴(kuò)頻碼以及對,z,m,的估計(jì)。,*DIC MMSEIC,基于解相關(guān)和,MMSE,的自適應(yīng)干擾估計(jì)和消除。,19,接收與檢測技術(shù)（7）,MC-DS-CDMA,LPF,并串轉(zhuǎn)換,LPF,LPF,LPF,D,cosw,1,t,cosw,2,t,cosw,3,t,cosw,4,t,q2,q3,q4,q1,MC-DS-CDM

12、A,不能獲得頻率分集增益，故接收端使用常規(guī)的相干接收機(jī)即可。,20,接收與檢測技術(shù)（8）,MT-CDMA,cosw,1,t,Rake Combiner1,串并轉(zhuǎn)換,D,Rake Combiner2,cosw,2,t,Rake Combiner3,cos,3,t,Rake Combiner4,cosw,4,t,該方法中，子載波的頻譜重疊程度非常高，從而不可避免的存在較嚴(yán)重的子載波間干擾。當(dāng)大的擴(kuò)頻處理增益所帶來的多址干擾和自干擾的減小不能抵消子載波間干擾時，系統(tǒng)性能將急劇變壞。,21,檢測方法比較（1）,方法,上行鏈路,下行鏈路,DS-CDMA,RAKE,O,O,MUD,O,MC-DS-CDMA

13、,Non-Rake,O,MT-CDMA,RAKE,O,DFE,O,LE,O,JEIC,O,22,檢測方法比較（2）,MC-CDMA,方法,ORC,CE,EGC,MRC,MMSEC,ML MUD,E-E MUD,O-M MUD,C-M MUD,DIC,MMSEIC,上行,O,O,O,下行,O,O,O,O,O,O,O,23,誤碼率性能（1）,2,該仿真是在瑞利平坦衰落信道條件下進(jìn)行的。采用周期32的,Walsh,碼。由圖可以看出，,ORC,檢測的性能最差，因此在不能正確估計(jì)子載波狀態(tài)的情況下一般不使用之。一般常用,EGC,和,MMSE,來檢測。該圖是,MMSE,檢測的誤碼率圖，它的效果優(yōu)于,EGC

14、。,24,誤碼率性能（2）,這是,MC-DS-CDMA,的一張誤碼率圖，仿真條件與前相同。子載波數(shù)為1024，1%的保護(hù)間隔。采用周期為31的,Gold,序列擴(kuò)頻。在不考慮,FEC,和交織的時候，其誤碼率性能較差，因?yàn)槠洳荒芴峁╊l率分集。,25,誤碼率性能（3）,這是,MT-CDMA,的一張誤碼率仿真曲線圖。采用周期為127的,Gold,序列擴(kuò)頻。在使用的信道中，比起因?yàn)槭褂瞄L擴(kuò)頻碼而得到的性能提高，子載波間干擾的影響較小，所以整張圖來看，性能還比較好。,26,誤碼率性能（4）,這是對三種技術(shù)的性能進(jìn)行總體比較。,MC-CDMA（,采用,MMSE,檢測），,MC-DS-CDMA，MT-CDMA

15、。,由圖可以看出，采用,MMSE,檢測的,MC-CDMA,的性能最好。不過，它需要對子載波狀態(tài)信息和噪聲功率進(jìn)行估計(jì)。,27,OFDM-CDMA,的綜合分析,將,OFDM,的概念擴(kuò)展到,OFDM-CDMA（,也即，多載波,CDMA）,這樣能夠避免窄帶衰落，可以看成是頻率分集的效果。這樣，在高碼率情況下，,OFDM-CDMA,系統(tǒng)比單純的,OFDM,系統(tǒng)的性能要好。然而，接收端的均衡和解擴(kuò)導(dǎo)致了噪聲放大?；谶@種原因，單純的,OFDM,系統(tǒng)在低碼速率是性能要好，因?yàn)檫@時的編碼提供了充分的頻率分集。然而，通過采用更復(fù)雜的檢測方法，如迭帶解擴(kuò)和譯碼，,OFDM-CDMA,系統(tǒng)的性能可以得到更好的改善

16、。,OFDM-CDMA,系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是它要求相干檢測，所以信道估計(jì)和均衡是不可少的。,28,研究方向,自適應(yīng)檢測器,5,多載波,CDMA,系統(tǒng)的多用戶檢測問題,6,新的多載波,CDMA,結(jié)合方式,1,、,7,針對多載波,CDMA,的特點(diǎn)進(jìn)行信道編碼研究,8,將多載波,CDMA,與,MIMO,技術(shù)相結(jié)合,多載波,CDMA,的信道估計(jì)和均衡,29,今后工作,建立多載波,CDMA,系統(tǒng)的仿真模型,深入學(xué)習(xí)和掌握檢測技術(shù)，特別是多用戶檢測技術(shù)與自適應(yīng)檢測方面的知識,針對多載波,CDMA,的特點(diǎn)，研究和改進(jìn)現(xiàn)有的檢測算法,30,參考文獻(xiàn)（1）,1,Andreas F.,Molisch,:Wideband Wireless Digital,Communications,Prentice Hall,2001,2 S.Hara and R.,Prasad,：An Overview of Multi-Carrier CDMA,Spread Spectrum Techniques and Applications Proceedings,1996.,IEEE 4th International Symp