一種提高并行干擾消除算法性能的方法

劉松柏

(中國電子科技集團公司第十研究所， 成都 610036)

直接序列擴頻(DS-CDMA)碼分多址系統(tǒng)中，碼分多址干擾(MAI)是制約系統(tǒng)容量及性能的主要因素。為減小碼分多址系統(tǒng)的多址干擾，擴大系統(tǒng)容量發(fā)展了多用戶檢測和干擾抑制技術(shù)。多用戶檢測有很高的計算復(fù)雜度，工程實現(xiàn)難度很大。干擾消除技術(shù)無需各用戶信號的先驗信息，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，是目前實用性較強的一種干擾抑制技術(shù)[1-3]。本文首先給出了直接序列擴頻(DS-CDMA)碼分多址系統(tǒng)的信號模型，描述了一種基于并行干擾消除技術(shù)的實現(xiàn)方案以及評價干擾消除性能的方法[4-6]，然后把拉格朗日插值算法引入到干擾消除算法中，實現(xiàn)了對本地恢復(fù)的干擾信號的精確時延控制，減小干擾信號的估計偏差，最后進行Matlab仿真分析，仿真結(jié)果顯示改進的干擾消除方案可提高干擾消除效果。

1 信號模型

假設(shè)碼分多址系統(tǒng)中共有K個用戶，其中用戶i發(fā)射的信號記為si(t)，考慮信號在加性高斯白噪聲信道中傳輸，則接收信號可表示為

其中pi，di(t)，ci(t)，ωi，θi分別為第i個信號的發(fā)送功率，調(diào)制信息，擴頻碼，載波頻率，載波初始相位；n(t)表示高斯白噪聲。

傳統(tǒng)的單用戶匹配濾波器輸出為

第1項為解調(diào)的有用信息，第2項為多址干擾，第3項為噪聲。

2 干擾消除的實現(xiàn)方案

干擾消除的基本思想是對各用戶信號進行估計并在本地重構(gòu)出各用戶信號，然后從接收信號中減去重構(gòu)的多址干擾信號，以達到消除多址干擾的目的。干擾消除后的信號可表示為

考慮信號處理的時延，干擾消除的實現(xiàn)原理框圖如圖1所示。

干擾消除后的信號可表示為

ri(t)=r(t-Td)-rMAI-i(t)=

圖1描述的干擾消除實現(xiàn)方案中，通過第一級的單用戶解調(diào)單元可以得到各用戶信號的發(fā)送功率、調(diào)制數(shù)據(jù)、擴頻碼、載波頻率和載波相位的估計值。這些信息送到信號重構(gòu)模塊中可以在本地重構(gòu)出接收信號中的各路用戶信號，通過時延調(diào)整單元可以使本地重構(gòu)信號與延遲后的接收信號在時間域上嚴格對齊，實現(xiàn)干擾消除[7-8]。最后由一組單用戶解調(diào)器來接收解調(diào)干擾消除后的各路信號。

干擾消除的性能不但與本地重構(gòu)的各用戶信號的發(fā)送功率、調(diào)制數(shù)據(jù)、擴頻碼、載波頻率、載波相位的估計值有關(guān)還與時延單元的時間控制精度有關(guān)。時延控制模塊一般是基于高速的存儲單元實現(xiàn)對信號的延時控制，時延控制的精度為系統(tǒng)的運行時鐘周期。在圖1描述的干擾消除實現(xiàn)原理框圖中，假設(shè)第一級解調(diào)器和重構(gòu)單元的總時延為Tg，接收信號總的延遲時間為Td(Td>Tg)，因此需要增加延時單元來調(diào)整本地重構(gòu)信號的時延,使調(diào)整后的重構(gòu)信號在時域上與r(t-Td)信號波形嚴格對齊。一般來說Td-Tg不是系統(tǒng)時鐘的整數(shù)倍，因此傳統(tǒng)的延時單元無法實現(xiàn)小于系統(tǒng)時鐘周期的精確時延控制。

3 改進的干擾消除實現(xiàn)方案

針對非整數(shù)倍時鐘周期的時延控制問題，引入拉格朗日插值算法模塊到延遲控制單元，可實現(xiàn)小于1個系統(tǒng)時鐘時延的的任意精度的時延控制，提高了本地重建的干擾信號與接收信號波形對齊的準確度。估計的干擾信號的延時分成兩部分，整數(shù)倍系統(tǒng)時鐘周期的延時(Tn)由高速存儲延時模塊實現(xiàn)，小于1個系統(tǒng)時鐘周期的時延Tint由插值模塊實現(xiàn)，Td=Tg+Tn+Tint。改進的時延控制實現(xiàn)如圖2所示。

拉格朗日插值算法的多項式逼近值定義為

其中，pk(t)為拉格朗日多項式：

在任意的t′=t0+αTclk值可表示為

采用改進的時間延遲控制方案后，對重構(gòu)干擾信號的時間延遲控制分成兩部分實現(xiàn)，插值模塊實現(xiàn)小于1個系統(tǒng)時鐘周期的延遲控制，基于存儲器單元的模塊實現(xiàn)整數(shù)倍系統(tǒng)時鐘周期的延遲控制。

4 計算機仿真實現(xiàn)

仿真條件如下：

用戶數(shù)量為30；調(diào)制方式為BPSK+擴頻；各路信號電平相等；擴頻碼速率為9.6 MHz；擴頻碼長為2 047；信息速率為87.5 kbps；信道編碼方式為LDPC_2_3(1536,1024)。仿真結(jié)果如圖3所示。

5 結(jié)論

針對傳統(tǒng)時延控制方案無法實現(xiàn)小于系統(tǒng)時鐘周期的精確時延控制，本文把拉格朗日插值算法引入到并行干擾消除算法中，實現(xiàn)了對估計的干擾信號的精確時延控制，仿真結(jié)果顯示，改進的并行干擾消除實現(xiàn)方案可顯著提高干擾消除性能，具有較高的實用價值。

[1] 趙星.同步DS-CDMA系統(tǒng)中基于信號重構(gòu)的并行干擾消除算法的設(shè)計與實現(xiàn)[J]．南京郵電大學學報(自然科學版)，2016,36(1):64-70．

[2] 李翠然，李承恕.一種改進的部分并行干擾消除算法[J].鐵道學報，2001,23(5):46-49.

[3] 劉偉，諸昌玲.一種新的硬判決并行干擾消除算法[J].西南交通大學學報,2002,37(3):286-289.

[4] VERDURE S.Minimum Probability of Error for Asynchronous Gaussian Multiple Access Channels [J].IEEE Trans.IT,1986,32(1):85-96.

[5] VERDURE S.Optimum Multiuser Asymptotic Efficiency [J].IEEE Trans Commun,1986,34(10):890-897.

[6] DUEL H.Decorrelating Decision Feedback Multiuser Detector for Synchronous Code Division Multipleccess Ahannel [J].IEEE Trans.Commun,1993,41(2):285-290.

[7] 郭梯云，楊家偉，李建東.數(shù)字移動通信[M].北京:人民郵電出版社,1995.