摘 要：介紹了變速率CDMA系統(tǒng)以及其相關(guān)接收機數(shù)學(xué)模型，特別描述了滿足每一個符號最大信號干擾比(SIR)的線性多用戶接收機。針對這種線性多用戶接收機模型，提出了一種基于軟件無線電技術(shù)的多用戶接收機實現(xiàn)方案。該方案可以針對不同的QoS標(biāo)準(zhǔn)在固定速率和變速率系統(tǒng)之間進行切換，也可以實現(xiàn)變速率系統(tǒng)不同指標(biāo)的多用戶接收機之間的動態(tài)轉(zhuǎn)換。
關(guān)鍵詞： 信號干擾比(SIR) 軟件無線電多用戶接收機 匹配濾波器
第三代無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要特征之一是滿足不同QoS業(yè)務(wù)，例如不同的數(shù)據(jù)傳輸速率或不同的誤比特率的要求。歐洲RACE計劃中的CODIT工程特別將可變速率的CDMA空中接口作為主要研究內(nèi)容。
在目前CDMA系統(tǒng)帶寬都是固定的，實現(xiàn)系統(tǒng)變速率有以下兩種方案：
·在保持擴頻序列的chip速率不變、保持調(diào)制星座圖不變的條件下，改變對每一個符號的擴展因子。
·在保持擴頻序列chip速率不變、保持每一個符號的擴展因子不變的條件下，改變調(diào)制星座圖。
第二種方案對移動信道特性的依賴性十分嚴重，在特定的QoS標(biāo)準(zhǔn)下，并不能按照用戶的實際需求來改變系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。我們重點考慮第一種方案。該方案實際上是改變系統(tǒng)的符號速率。
1 變速率CDMA多用戶接收機模型
對于變速率CDMA系統(tǒng)，我們重點考慮對每一個符號滿足最大信號干擾比(SIR)的變速率多用戶接收機。
CDMA系統(tǒng)中最低的符號傳輸速率定義為基本的符號傳輸速率，基本速率的一個符號的傳輸時間我們稱作一個基本符號周期。
Mk代表用戶i在一個基本符號周期內(nèi)傳送Mk個符號，Mk是一個整數(shù)。這表示用戶i的數(shù)據(jù)傳輸速率提高了Mk倍。在一個基本的符號周期內(nèi)以chip速率采樣的接收機處信號向量可以表示為：
其中Lk,ik是用戶k的第ik個符號的傳播路徑數(shù)。ak,ik,l是用戶k的第i個符號在路徑l的復(fù)系數(shù)。Sk,ik,l包含用戶k的第ik個符號在第l路徑的擴頻波形。ak,ik可以看作是用戶k的第ik個符號的“等效擴頻信號”。全部K個用戶的系統(tǒng)在一個基本符號周期內(nèi)總共有M＝
Mk個符號。
我們假設(shè)系數(shù)為Ck,ik的接收機濾波器來解調(diào)第k個用戶的第ik個符號，
用戶k的第ik個信號在接收機后端的信號干擾比(SIR)寫為：
代表接收到的用戶k的第ik個符號的功率，σ2是噪聲譜密度。
傳統(tǒng)匹配濾波器接收機中的濾波器系數(shù)
。而能夠滿足每一個符號最大信號干擾比(SIR)的多用戶接收機濾波器系數(shù)在參考文獻[1]中推導(dǎo)出為：
而理想的反向鏈路功率控制算法可以調(diào)整用戶發(fā)射功率使得對于所有的符號，接收機端的SIR大于或等于標(biāo)準(zhǔn)的SIR:
2 變速率軟件無線電多用戶接收機
由文獻[2]可得，任何線性多用戶接收機都可以根據(jù)不同的多用戶檢測方式固定地選用匹配濾波器結(jié)構(gòu),只需要變換不同的濾波器系數(shù)。
·在標(biāo)準(zhǔn)的匹配濾波器接收機中，接收機濾波器系數(shù)為：
·而我們這里討論的變速率、多用戶接收機，其濾波器系數(shù)為：
我們在采用軟件無線電方法實現(xiàn)上述兩種接收機時，首先建立一個標(biāo)準(zhǔn)的匹配濾波器結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)不同的接收機形式采用不同的濾波器系數(shù)。圖1是一個經(jīng)典的線性多用戶接收機軟件無線電實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖。
按照所實現(xiàn)的功能復(fù)雜度以及對處理速度的要求，我們在實現(xiàn)軟件無線電接收機的時候采用了兩種核心技術(shù)，F(xiàn)PGA和DSP技術(shù)。本文所討論的軟件無線電多用戶變速率接收機具有可重復(fù)配置的特點。
下面是我們對每一個模塊所實現(xiàn)功能的描述。
FPGA的硬件處理速度可以實現(xiàn)以下功能：
· 完成由中頻IF至基帶的信號轉(zhuǎn)換；
· 可變系數(shù)的匹配濾波器結(jié)構(gòu)；
· 實時的信道估計。
DSP由于處理速度快，控制功能強，可以完成以下功能：
· 完成對信息比特流的處理：它包括前向糾錯解碼，解卷積，軟判決，解交織等。
· 系統(tǒng)控制功能：可以根據(jù)不同的QOS標(biāo)準(zhǔn)，以及不同的用戶速率，動態(tài)地計算出濾波器系數(shù)。
· 動態(tài)FPGA配置：在計算出濾波器系數(shù)后，對FPGA的配置文件進行相應(yīng)的設(shè)置，然后將該配置文件加載到FPGA。
· 靜態(tài)估計：包括對各個用戶的功率估計以及更精確的延遲估計等。
MEMORY的存取速度快，價格低，可以作存儲中間數(shù)據(jù)和配置文件的介質(zhì)。
為了保證在FPGA重新配置的過程中，接收機系統(tǒng)不會中斷正常的工作，我們采用雙FPGA的結(jié)構(gòu)。在一個FPGA進行配置的同時，另一個FPGA仍在正常工作。FPGA之間無縫切換是通過DSP的控制功能模塊來完成的，如圖2所示。
圖3是變速率多用戶接收機與傳統(tǒng)匹配濾波器系統(tǒng)實現(xiàn)對比示意圖。如圖所示，變速率多用戶接收機所需要的信息量要遠遠大于傳統(tǒng)的匹配濾波器，所以它的實現(xiàn)復(fù)雜度也遠遠大于傳統(tǒng)的匹配濾波器。但是系統(tǒng)復(fù)雜度的提高也帶來了系統(tǒng)性能的提升，具體的性能比較數(shù)據(jù)見文獻[1]。盡管在接收機的FPGA中，實現(xiàn)兩種接收機的濾波器結(jié)構(gòu)都是相同的，僅僅是濾波器系數(shù)不同而已。但是兩種方案的DSP負載將大不相同。DSP除了要進行矩陣求逆運算和比特信息處理，在變速率多用戶接收機中的DSP還要進行更為復(fù)雜的用戶功率估計和更為精確的用戶延遲估計，然后計算出相應(yīng)的濾波器系數(shù)。而且在變速率多用戶接收機中還要求精確知道每個用戶所采用的擴頻序列，擴頻序列的產(chǎn)生可以采用相應(yīng)的邏輯電路，也可以采用使用存儲器的方法來存儲每一個用戶的擴頻序列。圖1中采用的就是將用戶擴頻序列放在MEMORY中的方法。
參考文獻
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