變速率CDMA系統(tǒng)軟件無線電多用戶接收機

1、        摘 要：介紹了變速率CDMA系統(tǒng)以及其相關接收機數學模型，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的多用戶接收機實現(xiàn)方案。該方案可以針對不同的QoS標準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)不同指標的多用戶接收機之間的動態(tài)轉換。        第三代無線通信網絡的重要特征之一是滿足不同QoS業(yè)務，例如不同的數據傳輸速率或不同的誤比特率的要

2、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標準下，并不能按照用戶的實際需求來改變系

3、統(tǒng)的數據傳輸速率。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。    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。    代表用戶i在一個基本符號周期內傳送個符號，是一個整數。這表示用戶i的數據傳輸速率提高了倍。在一個基本的符號周期內以chip速率采樣的

4、接收機處信號向量可以表示為：        和是用戶k在一個基本符號周期內第個符號的幅度以及傳輸比特。n是接收機噪聲信號。    定義為：                             其中是用戶k的第個符號的傳播路徑數。是用戶的第i個符號在路徑l的

5、復系數。包含用戶k的第個符號在第l路徑的擴頻波形?？梢钥醋魇怯脩鬹的第個符號的“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總共有個符號。    我們假設系數為的接收機濾波器來解調第k個用戶的第個符號，     用戶k的第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的第個符號的功率，是噪聲譜密度。    傳統(tǒng)匹配濾波器接收機中的濾波器系數。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在參考文獻1中推導出為： 

6、0;     式中Z是對用戶k的第個符號帶來干擾的信號之間的協(xié)方差矩陣    其中I為單位陣。    用戶k的第個符號在變速率多用戶接收機的SIR為：     而理想的反向鏈路功率控制算法可以調整用戶發(fā)射功率使得對于所有的符號，接收機端的SIR大于或等于標準的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不同的多用戶檢測方式固定地選用匹配濾波器結構，只需要

7、變換不同的濾波器系數。    ·在標準的匹配濾波器接收機中，接收機濾波器系數為：    ·而我們這里討論的變速率、多用戶接收機，其濾波器系數為：    我們在采用軟件無線電方法實現(xiàn)上述兩種接收機時，首先建立一個標準的匹配濾波器結構，然后根據不同的接收機形式采用不同的濾波器系數。圖1是一個經典的線性多用戶接收機軟件無線電實現(xiàn)結構框圖。    按照所實現(xiàn)的功能復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，F(xiàn)PGA和DSP技術。

8、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至基帶的信號轉換；    · 可變系數的匹配濾波器結構；    · 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

9、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：可以根據不同的QOS標準，以及不同的用戶速率，動態(tài)地計算出濾波器系數。    · 動態(tài)FPGA配置：在計算出濾波器系數后，對FPGA的配置文件進行相應的設置，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，可以作存儲中間數據和配置文件的介質。  &#

10、160; 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的結構。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)復雜度也遠遠大于傳統(tǒng)的匹配濾波器。但是系統(tǒng)復雜度的提高也帶來了系統(tǒng)性能的提升，具體的性能比較數據見文獻1。盡管在接收機的FPGA中，    實現(xiàn)兩種接收機的濾波器結構都是相同的，僅僅是濾波器系數不同而已。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