隨著DS-CDMA技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的擴頻技術(shù)因為存在處理增益和數(shù)據(jù)率之間的矛盾，限制了其在高速數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用。MC-CDMA作為無線通信領(lǐng)域極具前景的技術(shù)之一，將正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)和CDMA技術(shù)結(jié)合，具有低功率譜密度接收、頻譜擴展、多址、提高頻譜利用率、抗干擾和抗多徑能力[1-2]。空時分組碼(STBC)是一種多天線發(fā)射方案，可以獲得額外的發(fā)射分集增益，提高傳輸可靠性。

　　針對STBC-MC-CDMA信號的檢測問題,目前尚處于啟動階段，且現(xiàn)有方法對信噪比的適應(yīng)能力有待提高。因此，對具有空時分組碼的多載波CDMA信號的檢測進行更進一步的研究具有十分重要的意義。

1 信號接收模型的構(gòu)建

　　1.1 信號發(fā)射過程

　　假定有K個用戶的STBC-MC-CDMA系統(tǒng)，各用戶的傳輸速率相同，包含N個子載波，擴頻碼長度為G，第k個用戶的發(fā)射模型如圖1所示。在BPSK調(diào)制后，為了解決相位模糊問題，先使用差分編碼。隨后，采用Alamouti方案進行空時編碼，編碼后的信息可用矩陣表示為:

　　在MC-CDMA模塊的每一幀時間里，有P=N/G個符號并行傳輸在N個子載波上。對于用戶k，輸入數(shù)據(jù)首先進行串/并轉(zhuǎn)換成P路數(shù)據(jù)，于是第m幀的P路數(shù)據(jù)表示成如下形式:

　　接著將每一路數(shù)據(jù)復(fù)制成G個相同的數(shù)據(jù)，然后分別與擴頻長度也為G的擴頻序列ck(p),p=1,2,…P相乘，以實現(xiàn)頻域擴頻。最后經(jīng)過交錯碼函數(shù)T，并依次對N個數(shù)據(jù)進行傅里葉變換,并/串轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過天線發(fā)射出去。

　　1.2 信道模型

　　假設(shè)在時間內(nèi)，第k個用戶的數(shù)據(jù)在第j個天線上經(jīng)過多徑信道傳播，根據(jù)參考文獻[3]，其表達式為：

　　式中： (·)為狄克拉函數(shù)，L為傳播的數(shù)據(jù)為第k個用戶的數(shù)據(jù)在第j個天線上第l條路徑的復(fù)衰落幅度，為多載波系統(tǒng)的帶寬。在經(jīng)過離散傅里葉變換后，信道在第n個子載波的頻域響應(yīng)為:

　　1.3 信號接收模型

　　在接收端首先對接收信號進行匹配濾波，然后以碼片速率對信號采樣,再做離散傅里葉變換,并取M幀的STBC數(shù)據(jù)進行處理,可得用戶總數(shù)為K的離散接收信號為:

　　式中： T為交錯函數(shù)，在一般的系統(tǒng)中，T為(N×N)維的初等矩陣，本文假設(shè)該函數(shù)已知；vm為零均值協(xié)方差為的復(fù)高斯噪聲；Sk,m,jCk,j表示用Ck,j對Sk,m,j進行擴頻操作，且有:

　　其中?茚代表Kronecker乘積，sk,m,j, j=1,2為第m幀STBC時刻需發(fā)送的符號向量，ck,j為分配給第j個天線的擴頻碼向量。

　　由于交錯函數(shù)T對所有的用戶相同,因此式(6)可以寫成如下形式:

2 算法推導(dǎo)

　　對式(10)所示的信號可以按用戶數(shù)表示為:

　　(2)根據(jù)步驟(1)得到的，采用SMC方法分別估計各用戶的，結(jié)果代入步驟(1)進行下一次的運算。

　　下面簡單介紹SMC方法實現(xiàn)過程，其基本原理是從聯(lián)合后驗分布中序貫抽樣得到粒子,進而估計出對應(yīng)的信息序列。根據(jù)參考文獻[5]，信息序列dk(n)的先驗概率可以表示為:

　　由式(19)、式(20)即可求得，進而根據(jù)式(14)求得信息序列。

3 仿真實驗與分析

　　本文通過Matlab軟件對所提算法的性能進行仿真驗證，分析用戶數(shù)、擴頻碼長度和算法循環(huán)次數(shù)等參數(shù)對性能的影響，并與其他的檢測算法進行對比，進而總結(jié)算法性能。

　　首先驗證不同用戶數(shù)時的性能。用戶數(shù)K分別為4、6、8、10，擴頻碼為長度G=64的隨機序列，各用戶的多徑路數(shù)均為L=3，hk,m,j=Nc(0,1/L),采用M=200幀的STBC數(shù)據(jù)進行處理， 輸入信噪比的變化范圍為0 dB~14 dB，算法迭代過程中取Q=50，仿真結(jié)果如圖3所示。仿真結(jié)果表明，當(dāng)用戶數(shù)不超過10，信噪比大于5 dB時，恢復(fù)出的信息序列誤碼率低于10-2。

　　其次驗證擴頻碼長度對檢測性能的影響。用戶數(shù)K=6，子載波數(shù)N=128，擴頻碼長度G分別取16、32、64、128，其他參數(shù)與上面相同，仿真結(jié)果如圖4所示。仿真結(jié)果表明，隨著G的增大，信息序列的估計性能隨著提高。其主要原因是因為數(shù)據(jù)路數(shù)P、子載波數(shù)N和擴頻碼長度G滿足P=N/G。G越大，表明分組的路數(shù)P越少，信號間產(chǎn)生交疊的概率就越小，因而檢測性能隨之提高。當(dāng)G>16，信噪比大于6 dB時，恢復(fù)出的信息序列誤碼率低于10-2。

　　下面驗證算法迭代次數(shù)對性能的影響。用戶數(shù)K=6，擴頻碼長度為G=64，算法循環(huán)次數(shù)Q分別取25、50、75、100，其他參數(shù)與上面相同，仿真結(jié)果如圖5所示。仿真結(jié)果表明，隨著Q的增加，誤碼率降低，最后達到一個收斂狀態(tài)，性能不再提高。因此，應(yīng)該合理地選擇算法的迭代次數(shù)，以達到性能和計算量的均衡。

　　最后，將本文的算法與參考文獻[6]中的MMSE-DF算法和參考文獻[7]中Minimum BER的算法進行對比。取用戶數(shù)K=4，子載波數(shù)N=128，擴頻碼長度G=64，Q=50，各用戶的多徑路數(shù)均為L=3，采用M=200幀的STBC數(shù)據(jù)進行處理，輸入信噪比的變化范圍為0 dB~14 dB，仿真結(jié)果如圖6所示。仿真結(jié)果表明，與文獻中的算法相比，本文提到的算法性能更加優(yōu)異，在信噪比大于1 dB時，誤碼率低于10-2。其他兩種算法要達到相同的誤碼率所需的信噪比分別為4 dB和5 dB。

　　本文主要研究了多徑衰落信道條件下的空時分組編碼多載波碼分多址信號檢測問題，提出了一種EM框架下的基于SMC的檢測方法。該方法能夠?qū)Ω饔脩舻男畔⑿蛄?、擴頻碼和多徑的時域響應(yīng)進行聯(lián)合估計，并通過循環(huán)運算，提高算法的精確度。仿真結(jié)果表明，與一些常規(guī)的算法進行對比，性能更加優(yōu)異。

　　參考文獻

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