利用天线的排列来消除 WCDMA 通信的选择性平行干扰 D. Marabissi, E. Del Re, R. Fantacci, S. Morosi. Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni - Università di Firenze Via di S. Marta 3, I-50139 Firenze, Italy 摘要 这个论文论述了一个应用天线排列的消除干扰的探究方案，它针对于宽带码分多址（WCDMA） 的不同通话负荷和不同数据速率情况下的的一些考虑。这个被提及的接收器被定义为空间时间 选择平行干扰消除探测器，它应用在一个 WCDMA 通信系统的即基站里。异步用户和复用的衰退 现象在我们的分析中也得到充分思索和考虑。这个被提到的接收器最基本的责任就是根据接收 到信号的的强度等级将信号分为不同的两组。在对不可信赖的信号做处理之前，可靠的那组信 号首先在所有的接收信号里被探测出来，这样接下来的任何步骤都不会被延迟。运用电脑模拟 系统，就 Pe 而言评估性能已经被完成（可能会有一点小错误）。特别的，这里已经有显示这个 接收器表现良好，而且就与先前提到的选择器相比，他也大大降低了计算的复杂度。 引言 下一代移动通信系统必须能够满足覆盖范围，频谱利用率，数据速率，服务质量等指标的 高要求，高质量语音和数据服务是为了在密集蜂窝细胞小区支撑高数据速率的应用。3G 系统必 须满足 2M/s 的当地服务速率和 384kb/s 的全覆盖服务速率。 WCDMA 是由欧洲陆地无线移动通信系统（UMTS）提出来的：它基于直接序列扩频码分多址 （DS-CDMA）技术的应用，因此是一个受干扰限制系统。因此，基站接收器就会不可避免地面临 着由多径传播造成的多径干扰（MAI）和频率选择性和时间选择性的衰减现象。 先进的接收器方案普遍是大量课题的研究的成果，以此来保证未来 3G 系统的工作性能有引 人瞩目的发展：特别的，主要的研究领域在复用探测（MUD）和适应性天线技术中可以被鉴别出 来。 常规的直接扩频码分多址（DS-CDMA）移动电话接收器通常是基于瑞克（Rake）接收原理， 因此把其他用户信号视为纯粹的干扰信号。 当这些接收机被利用时，多址干扰（MAI）就会限制活跃用户的数目，这个数目和特定的 Pe 有关。这些接收机的另一个短处就是对于所谓的远近效应，它能显示出自己的脆弱，稍弱的 信号会因为强的信号而受到削弱，这种削弱就使得功率控制的应用十分必要。相反地，在一个 基于 MUD 方法的接收机中，所有的干扰信号被认为成是添加的信息源以此来完成一个最佳的联 合选择，这样每个用户对另一个用户的不利影响就可以消除。特别的，这种方法能够减小远近 问题而且能够增加系统容量。不幸的是，由于他们过多的系统复杂性，最佳的 MUD 方案在实际 应用中还未被考虑。因此，研究的主要方向还是集中在最理想的复用探测方案。特别的，其中 的最有希望的解决方法似乎就是干扰消除（IC）方法，这个方法是就是在作出数据决定之前， 将干扰用户信号从收到的信号中排除出去。在文献中，IC 通常被连续的（SIC）或者近似的（PIC） 方法来完成：前者旨在连续地除去余留信号中最强的而后一种方案则是所有用户的干扰在其他 

用户中同时减少。 一个另类的 PIC 方案，首先就是所谓的单发的 PIC 接收器：这种技术是基于一个选择性的 平行干扰消除系统（SPIC），是在这样一个思想上：根据收到的信号的决定因素与一个适当的 阈值作比较的结果来把用户信号分成可靠信号和不可靠信号。可靠信号被直接探测到而后（在 重建之后）从整个接收到的信号中消除。不可靠信号随后被探测到，是在 MAI 影响消除之后。 另外，对于 MUD 方案，DS-CDMA 通信系统性能能从改进的天线的排列中获取良多，这是因 为空间排列可以提供额外的容量的增进：特别的，用户信号的不同空间位置和他们多径部分可 以被利用来更好地把想要的信号从公用信道区分出来。更多的是，经过修改的适应性的天线排 列可以只在想要的方向的上发出或接收能量，这样大大减少了干扰。 这篇论文的目的是强调一个集合天线排列系统和 IC 方案的 WCDMA 通信系统的长处和优势。 这里的着重点是一个接收机方案，这个方案是基于在一个 WCDMA 系统中 SPIC 方法和天线排列的 联合应用。这个提到的天线排列被命名为空间时间选择性 PIC（ST-PIC），利用 AOA 信息以此 来获得最佳的空间时间干扰消除方案。 ST-SPIC 以前经常为经典 DS-CDMA 系统所考虑。这里拓展一下 WCDMA 通信系统方案，在方 案中，根据 WCDMA 系统的标准需要考虑到复杂的乱码，QPSK 调制信号，多径传播，和 OVSF 等 一系列指标。 为了强调先前提到的方法的优点，ST-SPIC 的工作性能已经用电脑模拟的方法进行了评估， 这些假定的方面有异步用户，多径传播的衰减效应，在接收器的首尾端的天线的不同数量和不 同用户的服务结构以及在用户中的相同的和不同的数据的速率等等。另外，这个接收器的复杂 性也和经典的 PIC 接收器进行了比较和评估。 直接序列扩频 CDMA 系统 这个建议的ST-SPIC接收器采用一个同一的线性阵列探测器，这些探测器的平均间隔为λ /2。在进行信号的实时处理，干扰消除（IC）和可靠的用户的检测之前，一个最佳的波束算法 会被完成，这样是为了通过AOA’s的组合实现需求信号的一致统一 ，和一个非相干干扰的组合。 假设不同的传感器中是完圈的衰落相关。根据UMTS标准的，所发送的信号的第k个用户的数据比 特率为Rk ，可以写为： 这里： f0的= W0/2兀是载波频率; Dk， SFK （t）是第k个用户的数据序列：它是由与振幅的矩形脉冲（比特）的持续时间Tbk以 相等的概率增大到等于+1；另外SFk是第k个用户的扩频因子（Rk * SFk = 3.084 M码片/秒）； Ck,256 （t）是第k个用户的控制序列，速度为15 kb / s：它是由矩形脉冲（比特）的持续时间 T0以相等的概率有振幅等于正负1. OSFK / 4 （t）为第k个用户的正交可变扩频因子码的长度SFk ，所形成的矩形脉冲持续时间 

TC < Tbk，幅度为±1。 相同比特率的用户具有相同的的OVSF码数： SFK / 4 O0（t）是长度SF0 = 256，编号为0的OVSF码。它用于每个用户的控制顺序。 I Q S (t)+j S(t)是第k个用户扰频码的长度为N = 256: K k 它是由矩形脉冲（芯片）的持续时间Tc < Tbk，振幅等于±1 。 数值结果 在这篇论文中讨论的传播环境已经被导出来：传播路径的数目被假定为 4. 在完成这个模拟中，已经假设了以下条件： *QPSK 调制 *可变速率是从 60kb/s-960kb/s *两个编码等级：OVSF 和连续乱码 在这个部分，这个系统的成功完成被这样描述：参数 Pe 是关于接收器尾端每比特的能量 （Eb）和 N0 的比值和阈值 S 和传感器的数量的函数关系。 在以下附图中示出的数值结果已获得最佳的阈值，该值几乎是独立的参数的 Eb/N0.图二示 出了 ST-PIC 接收机单个传感器在与在 16 个用户同时使用的情况下的 Rake 接收机相比较的性 能。该曲线被称为在 60kb 的/ s 的数据流的同相和正交在 15KB / s 的控制序列。从这个图中， 我们可以注意到， ST- SPIC 接收器优于 Rake 接收机而增加的实现复杂度低。这一点，将被调 查更多的细节，在本节结束。图 3，取而代之的是不同的负载配置：2 用户在 960KB / s 的数据 传输速率和相应的正交控制在 15KB / s 的流。图 4 和图 5 表示的曲线的同时用户在不同的比特 率：16 在 60KB / s 和 1 为 960KB / s ，分别等于发送功率的相位和等于 Eb/N0 相位成分。, 利用空间分集的优点示于图 6 中，这里的曲线代表 2 个用户在 960kb/s 时不同传感器的数目 ： 在两个和四个传感器的情况下，如果 Eb/E0 少于 2dB 就不会发现错误。 很重要的一点讨论建议的 ST- SPIC 是其实现的复杂性。为了给它一个粗略的评价，我们要 在传输信道只有一个解析信道的情况下考虑信号消除完成的数目。在单个传感器的天线的情况 下，要实施的就信号消除数目而言一个经典 PIC 的复杂性是：K * （K-1 ） ，其中 K 是同时连 接的用户的数目。同样，本文中提出的 ST- SPIC 的实施复杂性是 Kf，即等于可靠的接收到的 信号，高于阈值的数的平均值。从上面，我们可以很容易地知道取消的最大数目为 K。作为一 个功能 S，信号衰减的平均值示于图 7. 这是显而易见的，在该图中，对于最佳的 S 值的信号的 衰减值低于最大值。上述结果可以很容易地扩展到 ST- SPIC 的情况，因为信号的衰减已经在每 个传感器中完成了，所以在这种情况下，进行衰减的最大数目是 MKf <= MK，M 是传感器的数量。 结束语 本文提出了一种多用户衰减探测的 WCDMA 上行链路的通信已经实现。已提出的接收机 Pe 的性能已经在异步用户和多径衰落信道的情况下通过模拟获得了。在该文献中显示出了该接收 机与经典 Rake 接收机的有效性的比较。多亏了选择性并行干扰衰减的内部简单性，所提出的 ST- SPIC 有一个可以接受的计算复杂性。