第九章-CDMA系统的信号处理要点课件.ppt

1、 目录在接收端，先进行码片匹配滤波，然后用码在接收端，先进行码片匹配滤波，然后用码片速率采样，在一个码元间隔内即可得到片速率采样，在一个码元间隔内即可得到N个码片匹配滤波器输出样本组成向量个码片匹配滤波器输出样本组成向量r。因此，同步模型可用向量形式写作：因此，同步模型可用向量形式写作： 1KkkkkA brsnn对于第对于第k个用户，个用户， 目标函数：目标函数：2()| HkkkJEbcc rWienerWienerHopfHopf方方程程1kcR *, HkEEbRr rr（WienerWiener滤波器）滤波器）MMSE准则与准则与MOE准则等价准则等价1RkkkAcs22111min

2、 () min ,EbE rcr c，x( )( ) ()sits i a tiT (1), (2), ()cccc L期望用户特征波形：期望用户特征波形： 1( )( )()cLccka tc k p tkT脉冲成形函数脉冲成形函数 码片间隔码片间隔 扩频增益扩频增益 1( )()totLiiih tt 有效特征波形有效特征波形 离散时间形式：离散时间形式： 1( )( ) ()cLcka tc k h tkT11( )( ) ()( ) (), 1,2,1cLLckka ic k h ikh k c ikiLLL多径衰落信道的多径衰落信道的FIR长度长度 /2( )( )|cct iTTh

3、 ih t (1), ( )Thh Lh (1), (2), (1)Tcaaa LLa(1)(1)00()(1)0()cccL LLcc Lcc L c achn收集收集PLLc个观测值构成观测向量个观测值构成观测向量 ( )( ) ()( )siy ts i a tiTv t(),(1),(1)kckckcy nLy nLy nLL()(),(1),(1)Tkkckckcny nLy nLy nLLy( )( )(1)(1)( )kKkKkKkkns ns ns nnyaaav(1),(),0TKkckca La LLa 0,0,(1),( ),TKkkaa La最小方差方法用输出能量作代价

4、函数最小方差方法用输出能量作代价函数 1( )( )Hw nfy n21( )|( )| ( )( )HHMVyyJfEw nfR fRE y n yn为避免平凡解为避免平凡解f=0，需要对，需要对f加约束条件，如加约束条件，如 11Hf a则则 11111yM VHyRfRaaa111 1 ac hh未知?但 n为避免使用未知的，文献为避免使用未知的，文献261提出使用提出使用 11111()HMVyMVHyMOEfR fRaaa111max()1HMOESubjectaaa11111 1111111111 1argmaxHHHHyHHHhc gyh c R c hhRh c c haaaa

5、即是矩阵束的最大广义特征向量即是矩阵束的最大广义特征向量 n定义定义 ( ) ( ,1), ( ,2), ( ,)cY ny ny ny n L(1)(1)(1)(1)( )( )( )0(1)()0ccaa La La LLs nY na Ls na L码间干扰码间干扰 n 为 的主部n 为 a 的主部 ( , )( )( )( )( )( ,)()ccy n La Lx ns nas ny n La L( )x n( )Y naachach 作( )(1)(1)(2)()(1)ccc Lcc Lccc Lc LL , 1, 1,kkkkkkac hkKac hkK或(1)0( )(1)(

6、)kkkckkcccc Lcc L( )(1)(1)(2)( )(1)kkkkkkckcc Lcc Lccc Lc LL n来自所有用户的直接路径信号的到达时来自所有用户的直接路径信号的到达时间都比码片间隔间都比码片间隔Tc小，则称这些用户在小，则称这些用户在码片间隔内是准同步的。码片间隔内是准同步的。n无码间干扰的数据向量无码间干扰的数据向量 （原数据向量的（原数据向量的主部）主部） 1( )( )( )Kkkkkx na s nv nn令 (1),()xx NX则 X=AS+V 1 1,KKaaA1122(1)()(1)()(1)()KKss NssNssNS (1), ()vv NV n

7、X的SVD： 0,0HsssnHnnVXA SVU UV nA的列向量张成信号子空间的列向量张成信号子空间 nUA0 1,HnkU akK 代入代入 ,kkkac h则则 0HnkkU c h （1）构造数据矩阵）构造数据矩阵（2）求）求X的的SVD及及（3）由）由 估计用户估计用户k的未知信道的未知信道向量向量（4）重构有效特征波形）重构有效特征波形 或或 (1),()xx NXnU0HnkkU c h kh,kkkac h,kkkac hnM个阵元接收的基带信号向量个阵元接收的基带信号向量 1( )( ),( )TMtx txtx( )() () ()( )ijiiiiiiitp b tc

8、 tet xan用户用户i的波达方向的波达方向用户用户i的总发射功率的总发射功率用户用户i的时延的时延用户用户i的码元比特的码元比特用户用户i的增益的增益用户用户i的扩频码的扩频码n定义等效方向向量定义等效方向向量 n期望用户期望用户1：( )iii aa11 11111( )() ()( )( )( )() ()ijKjiiiiiii Ltp b tc tetttp b tc texainian用户用户k的等效方向向量的等效方向向量 是与矩阵是与矩阵 特征值特征值2 对应的特征向量。对应的特征向量。n若若 与与 其它用户的差不多，则不其它用户的差不多，则不可能识别可能识别 。 21112 (

9、 )( )22KHHHxxiiiniEttppRxxa aa aIkaxxRkp1pkp1aG=Tb/Tc为扩频增益为扩频增益 111*111(1)11111( )( )() 2( )bbnTnTbjbY nx t c tdtTT b n eain1 12111 1 121 ( )( )222KnHHYYiiinkcRE Y n YnGp a apaaIT1, 1iGppi 是是 最大特征值最大特征值 对应的对应的 特征向量特征向量 也是与也是与 特征值特征值 对应的特征向量对应的特征向量 是矩阵束是矩阵束 最大广义特征相对最大广义特征相对应的广义特征向量应的广义特征向量（估计等效方向向量的码

10、滤波方法）（估计等效方向向量的码滤波方法）1a1 1y yR12Gp1axxR12p1a1 1,y yxxRR1 111y yxxRaR a minmax,一维一维RAKE接收机接收机22( )( ), 1,( )iiLll Lz tc tiLz t输出能量大的信号输出能量大的信号 被抽取，输出能量小被抽取，输出能量小的信号的信号 （有污损）被抑制，本质上为一（有污损）被抑制，本质上为一时域滤波器。时域滤波器。iziz 在在M M个接收天线的接收信号中，分别包含有个接收天线的接收信号中，分别包含有用户用户i的信号，二维的信号，二维RAKERAKE接收机的目的：将这接收机的目的：将这些信号收集起

11、来，加权求和，得到用户些信号收集起来，加权求和，得到用户i的信的信号号, , 再用用户再用用户i的扩频码向量进行解扩，得到的扩频码向量进行解扩，得到用户用户i的信息字符的信息字符 的估计的估计 。( )is t ( )is tn用户用户i的均衡器，阶数为的均衡器，阶数为M（M阶阶FIR滤波器，滤波器，有有M个抽头权系数，作用于个抽头权系数，作用于故为空域滤波器。故为空域滤波器。每个抽头有每个抽头有P个时间值，即个时间值，即n=0,1P-1。1( )( ),( )TiiMig ngngn1( ),( )My nyn用户用户i的二维的二维RAKE接收机接收机=空域空域RAKE接收机接收机+时域时域

12、RAKE接收机。接收机。10(1)( )( )( ) ()ipHikd npnnknkgYgyn作为作为 的估计值的估计值 1( )( ),( )TMny nynY(1),(2),(0)( )(1),(2),( )TTTTiiiiTTTTpppnnpnpnggggyyyy(1)( )Hipd npn g y(1)d np n正交性原理正交性原理 2()|( )(1)| HiipiJ gEnd npg y( )(1)( )0HHipipEnd npng yy(误差向量与已知数据向量正交。误差向量与已知数据向量正交。) 1,ppi MMSEyyi pgRr,( )( )ppHyyppEnnRyy,

13、( )(1)i ppiEn d npry可估计可估计 不可估计不可估计 定义定义( )(1),(2)ipiTpikkLnpkLnpLYyy,( )( ) ( )i piikkkXYc 是矩阵是矩阵 的主特的主特征向量征向量,(1)i pi piHxxYi p i pL LRRr r, i pr,i pi pixxYRR,i pi prxR111( ) ( )( )( )( )( )iNNHHHYiiiiiikkY kkk YkY k YkNRccn步骤步骤1：计算数据协方差矩阵：计算数据协方差矩阵,1, ,11( )( )1( ) ( )( )( )iii pNHYiikNHHx p xiii

14、ikRY k YkNRY k c k ck YkN 步骤步骤2：估计：估计 的主特征向的主特征向量，并用它作量，并用它作 步骤步骤3： ,i pi prxRiYR,i pr1,ii MMSEYgR, 1,i priK ,(0),(1),0,0HHHi piicrhhL多径信道多径信道 ( ), 0,1,1ich llLn子空间方法虽然能够用盲的方法确定所子空间方法虽然能够用盲的方法确定所有有效持征波形，但计算量大。下面介有有效持征波形，但计算量大。下面介绍种适合于实时实现的解相关绍种适合于实时实现的解相关RAKE接收接收机，它是机，它是Liu和和Li于于1999年提出的。年提出的。n考虑频率选

15、择性衰落信道情况下考虑频率选择性衰落信道情况下CDMA通信系统的解相关接收机设计通信系统的解相关接收机设计n假定用户的扩频码是可以利用的，但信假定用户的扩频码是可以利用的，但信道特征未知。道特征未知。n若多用户若多用户CDMA系统是准同步的，即系统是准同步的，即所有多径信号都是在几个码片间隔内所有多径信号都是在几个码片间隔内到达，此时到达，此时LLc在准同步的假设在准同步的假设下，离散时间模型为下，离散时间模型为n现在的任务是在没有信道知识现在的任务是在没有信道知识h1的情的情况下，利用接收信号况下，利用接收信号y(n)恢复第恢复第1个个用户的发射字符用户的发射字符s1(n)为了从为了从y(n

16、)恢恢复复s1(n)，我们应该充分利用用户，我们应该充分利用用户1的的全部信号能量，同时抑制其它用户的全部信号能量，同时抑制其它用户的干扰和加性噪声显然，这可以用干扰和加性噪声显然，这可以用RAKE接收机来实现。接收机来实现。n第一级为一组自适应权向量，第一级为一组自适应权向量，wi(i1、L)、第二级为一相干组合器由于只有组合、第二级为一相干组合器由于只有组合码向量的信道系数未知，所以可以先构造一码向量的信道系数未知，所以可以先构造一组组RAKE接收机权向量，通过调整这组权向接收机权向量，通过调整这组权向量把各个码向量上的期望信号抽取量把各个码向量上的期望信号抽取(即即“楼楼耙耙”)出来，同

17、时抑制所有干扰；出来，同时抑制所有干扰；n然后在第二级再将所有被抽取的期望信号组然后在第二级再将所有被抽取的期望信号组合起来得到近似最佳的信号估计。合起来得到近似最佳的信号估计。 解相关接收机由二级组成：解相关接收机由二级组成：n第一级信号抽取（即第一级信号抽取（即RAKE接收机）在数接收机）在数学上可描述为：学上可描述为：n第第i个滤波器（或第个滤波器（或第i个支路）输出信号为个支路）输出信号为n为了获得最佳信号估计，应该为了获得最佳信号估计，应该 使每个支使每个支路输出端的信干噪比最大路输出端的信干噪比最大n为此，定义第为此，定义第i i个支路的信干噪比为个支路的信干噪比为 n注意到输出信

18、号功率固定，所以使注意到输出信号功率固定，所以使SINRSINR最大等价于使输出能量最大等价于使输出能量( (功率功率) )最最小小. . 于是便得到了约束最小输出能量于是便得到了约束最小输出能量(CMOE)(CMOE)接收机接收机. . 约束条件约束条件n另一方面，由于第一级另一方面，由于第一级RAKERAKE接收机的干接收机的干扰解相关和噪声抑制作用扰解相关和噪声抑制作用, , 其输出中的信其输出中的信号总功率比剩余的干扰加噪声大得多。号总功率比剩余的干扰加噪声大得多。期望用户期望用户l l的未知信道向量的未知信道向量h1h1可由第一级输出的可由第一级输出的自相关矩阵的主特征向自相关矩阵的

19、主特征向 量直接估计。量直接估计。 n步骤步骤1 1：用用LMSLMS自适应算法更新自适应算法更新RAKERAKE接接收机权向量。收机权向量。n步骤步骤2 2：利用利用RAKERAKE接收机输出向量的自接收机输出向量的自相关矩阵的持征值分解估计期望用户相关矩阵的持征值分解估计期望用户 的的未知信道向量未知信道向量h1h1，然后求出相关组合器，然后求出相关组合器的最佳组合向量的最佳组合向量。时域处理时域处理空域处理空域处理空时处理空时处理单径单径：相关接收，需要估计每个信号到达：相关接收，需要估计每个信号到达时间时间同步技术或时延估计同步技术或时延估计多径多径：不相关：不相关分集接收，分集接收，RaKe合并合并 相关：导致码间干扰相关：导致码间干扰信道均衡信道均衡单用户：单用户：n多用户：多用户：单径单径n多径多径n（智能天线）：波束形成、自适应波束（智能天线）：波束形成、自适应波束形成、方向估计形成、方向估计