理论教育 基于空间分集的MC-CDMA多用户检测技术

基于空间分集的MC-CDMA多用户检测技术

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:MC-CDMA系统用户容量主要由MAI限制,而MAI主要是由于不同用户共享同一个子载波产生的。为了便于比较,单一天线单用户的MC-CDMA系统的性能或最佳线性多用户检测被绘制。这使得系统能够在OFDM传输中使用多用户检测,即使是在频率下降存在时。图3.39 3个功率相等的用户的联合检测该方案有很多优点。图3.39显示了3个用户群的联合检测性能。在基于MC-CDMA的上行链路传输中,拟议的方法可以避免失去码的正交性。

基于空间分集的MC-CDMA多用户检测技术

为了提高MC-CDMA系统的性能或提高上行链路容量,可以使用空间分集。在本节中基于下行链路和上行链路情况,一些MUD解决方案被提出。

1.下行链路

至于下行链路方面,我们可以运用发射天线阵列的联合传输原理,来提高系统的可能的负载。MC-CDMA系统用户容量主要由MAI限制,而MAI主要是由于不同用户共享同一个子载波产生的。为了避免在MT的干扰,天线阵列运用于BS,并通过联合空频发射过滤(Space Frequency Transmit Filtering,SFTF)来抑制干扰。在参考文献[SaMo03]中,假设考虑BS的信道的状态信息和两个SFTF标准:单用户最大率传输(Maximum Ratio Transmission,MRT)和多用户的最大信号干扰加噪声比(Maximum Sig-nal to Interference plus Noise Ratio,MSINR)。第二种方式试图通过对发射功率的限制来尽量减少MAI。如果对所有的MT,最大化信号干扰比太复杂,同样的短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)可以适用于所有用户。这样,我们允许在MT中使用简单检测方法。此外,我们可以通过再分配正交扩频码来提高用户容量,从而有效地结合CDMA和SDMA。作为一个简单的方法,当活动用户数超过传播因子的时候,我们重新使用传播码,而不考虑用户信号的空间特征。但是,为了减少具有相同的扩频码和类似的空间特征的MT之间的干扰,在扩频码的头部,不同的随机扰码在OFDM调制之前应用。图3.38显示了通过M根天线的和在类似HIPERLAN/2的方案中扩展因子是8的编码重新分配的SFTF可以增加系统容量。为了便于比较,单一天线单用户的MC-CDMA系统的性能(等增益合并(Equal Gain Combining,EGC))或最佳线性多用户检测被绘制。对于给定的发射功率,我们证明了多用户MSINR SFTF方法基本上允许系统负载乘以发射天线的数量M

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图3.38 基于STFT和 联合CDMA/SDMA的容量增加

为了进一步改善集中式网络,可以在基站处采用若干根天线。在参考文献[WeMe03]和[WeMe04b]中为联合传输提出了几种线性技术,并和非线性方案进行比较。如果发送匹配滤波方法最大化单个数据信号的能量效率,它就会导致一个重要的MAI。发送迫零可以抑制MAI,但由此产生的能量效率很低。部分迫零可以减少某些选定的符号之间的MAI,而且这是前两个办法的折中。最终,提出一个新型的非线性方案,它有显著的性能增益。这些技术在3.4节已详细介绍。

在参考文献[TQMJ02]中多天线也被应用在移动终端,并且实现了联合传输。调制矩阵的选择是为了用最小化发射功率来减小小区间MAI。应用无线信道的空时本征信号可以对能量转移进行优化

2.上行链路

(1)OFDM传输的多用户检测

在参考文献[ReCF03]中提出了适用于非扩频调制MUD的方案。其中遇到的问题是,当多个用户同时传送到接入点时,低成本本振会造成频率亏损。频率的亏损大大降低了SISO系统的性能。

算法是调整为适用于频率亏损情况下的MMSE MUD。这种调整的关键是,在发射端,根据发射机的不同,在不同的频率做离散傅里叶逆变换。然后,在接收信号的数学表达式中有明显的频率偏移,并且考虑到这些频移,可以得出MMSE准则。这使得系统能够在OFDM传输中使用多用户检测,即使是在频率下降存在时。

在HIPERLAN/2的条件下对多用户检测器性能进行了评价。在第一个方法中,两个用户发送到两根天线的一个接入点。模拟结果包括信道估计,显示该系统接收机对频率偏移不敏感,而达到的性能类似于在瑞利衰落条件SISO系统的性能情况。然而,试图使用更少子载波来减少MMSE接收机的复杂度,由于频率减少造成的退化出现,这就需要更多更准确的接收机。(www.daowen.com)

(2)使用非二进制LDPC码的分层集群/用户检测

在参考文献[GoCG05]中提出了一个新的联合MC-CDMA和LDPC码的MUD方案。用户被分为集群。在集群中不同的用户共享相同的扩频码。各个集群由不同的扩频码确定。译码的原理如下:

1)集群信号解扩;

2)噪声和多址干扰功率估计;

3)由于LDPC码在集群中联合检测执行;

4)实现干扰抵消器(PIC接收机原理)。

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图3.39 3个功率相等的用户的联合检测

该方案有很多优点。扩频序列的数量不再限制用户数,并且不管是集群数或是集群用户数,传输方案均保持一致。与传统的接收机相比,使用Galois(GF)(q)的LDPC码和PIC接收机结构结合可以带来更好的接收性能,因为非二进制代码比二进制具有更好的性能。然而,最好的编码不是建立在更高的Galois域,在检测性能和Galois域序列之间也不存在简单的联系。图3.39显示了3个用户群的联合检测性能。GF(4)码获得的性能最佳。当用户在不同的Galois域存在码的特殊情况并不能改善系统的性能。

在基于MC-CDMA的上行链路传输中,拟议的方法可以避免失去码的正交性。PIC与联合检测的结合可以使性能大大改善,而发射机的复杂度却没有增加。

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