移動通信系統(tǒng)多址接入干擾與小區(qū)間干擾分析與抑制.pdf

1、隨著移動通信技術的不斷發(fā)展，用戶對移動通信的有效性和可靠性都提出了更高的要求，這就需要系統(tǒng)內用戶的信干噪比(SINR)必須得到極大的提高。而提高SINR除了增大信號功率外，降低各類干擾成了一種極其有效的方法，也是移動通信系統(tǒng)中的一個研究關鍵點。蜂窩移動通信系統(tǒng)中的干擾主要包括小區(qū)內的多址接入干擾和小區(qū)間干擾，對這兩者干擾大小的分析及抑制技術的研究，具有重要的理論意義和實用價值。本論文首先采用隨機接入隨機擴頻碼分多址(CDMA)系統(tǒng)模型和

2、大系統(tǒng)分析方法，結合重傳分集和多用戶檢測技術，深入揭示CDMA系統(tǒng)中多址接入干擾等問題的基本特性和極限性能；然后通過對蜂窩系統(tǒng)小區(qū)間干擾大小的分析，本文采用了各小區(qū)間信號在自相關域不重疊的特性，提出了基于信號自相關的方法，以有效地降低小區(qū)間的干擾。主要研究內容包括：
　　 ⑴CDMA是個干擾受限的系統(tǒng)。由于多用戶檢測技術在恢復信號的過程中，同時考慮了來自其他用戶的干擾，因此該技術可以極大地抑制多址接入干擾，提高系統(tǒng)性能。論文首先

3、針對瑞利衰落信道中的CDMA隨機接入系統(tǒng)，研究了其在解相關和最小均方誤差(MMSE)檢測器下的性能。研究發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)用戶數(shù)和擴頻增益都趨于無窮大而兩者的比值為一定值時，系統(tǒng)接收端的輸出SINR幾乎處處收斂于某個常數(shù)，而該常數(shù)與擴頻序列無關，只依賴于業(yè)務負載、傳輸概率、信道響應和發(fā)送功率分布情況。通過對吞吐量和頻譜效率的分析，發(fā)現(xiàn)MMSE檢測器要優(yōu)于解相關檢測器，這是因為MMSE檢測器還考慮了系統(tǒng)噪聲的影響。通過對系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的研究，得到

4、系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)的條件為數(shù)據(jù)包的到達速率小于服務速率；通過對系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域的仿真研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域隨著業(yè)務負載的提高而縮小。
　　 ⑵無線CDMA信道的特征是多用戶干擾和多徑衰落，數(shù)據(jù)包需要傳輸多次才能被成功檢測。由于多址接入干擾、噪聲和衰落都是隨機時變的，因此每次接收到重傳的數(shù)據(jù)包信號是不相同的。如果將多次重傳的數(shù)據(jù)包進行聯(lián)合檢測，則可以獲得額外的重傳分集。論文將重傳分集應用于CDMA隨機接入系統(tǒng)，研究其在瑞利衰落信道下的

5、多址接入干擾以及系統(tǒng)性能的情況；并結合匹配濾波器、MMSE檢測器，采用大系統(tǒng)分析方法，得到SINR下界的閉合表達式，該表達式同樣與擴頻序列無關。理論分析和仿真結果表明，重傳分集和多用戶檢測技術都可以極大地提高系統(tǒng)的吞吐量和頻譜效率等性能。通過對能量效率的分析發(fā)現(xiàn)，當信噪比(SNR)大于某個最佳值時，頻譜效率隨著能量效率的增加而增加，并趨近于某個恒定值；而當SNR小于該最佳值時，頻譜效率隨著能量效率的增加而降低。
　　 ⑶對CDM

6、A蜂窩系統(tǒng)上行鏈路的性能進行了分析。信道模型同時考慮了大尺度衰落和小尺度衰落：大尺度衰落采用路徑損耗和陰影衰落相結合的模型；小尺度衰落采用瑞利衰落模型。論文首先分析了在基站接收端所遭受的小區(qū)內多址干擾和小區(qū)間干擾的情況；其次采用大系統(tǒng)分析方法分別推導得出了通過匹配濾波器和MMSE檢測器后的輸出SINR近似值，該SINR只取決于小區(qū)負載、用戶發(fā)送功率、信道增益，而與擴頻序列無關?；谠揝INR模型，我們進一步分析了系統(tǒng)的誤碼率和吞吐量性能

7、，并通過仿真驗證了分析的準確性。同時通過數(shù)值結果分析了有限用戶蜂窩系統(tǒng)的容量大小。
　　 ⑷在實際的移動通信系統(tǒng)中，由于小區(qū)間干擾已逐漸成為制約系統(tǒng)性能提升的主要干擾，本論文針對蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路，提出了一種基于信號自相關的降低小區(qū)間干擾的方法。該方法首先在發(fā)送端，通過采用不同的預濾波器，使得來自不同基站的發(fā)送信號在自相關域內互不重疊；在接收端，通過設計合適的自相關匹配濾波器消除來自鄰小區(qū)的干擾。由于該方法需要使用多個接收天線，

8、為了降低移動終端的設計復雜度，本文又提出了一種改進方法，來消除最強的一個鄰小區(qū)干擾。改進后的方法只需要2根接收天線，仿真結果表明，該改進方法特別適合于小區(qū)邊緣的用戶。
　　 ⑸提出了一種消除時分雙工(TDD)蜂窩系統(tǒng)上行跨時隙干擾的方法。該方法分四個步驟：①將蜂窩系統(tǒng)劃分為多個不重疊的區(qū)群，每個區(qū)群由N個相鄰小區(qū)構成，然后將N個互不相同的序列對應分配給各個區(qū)群內的N個小區(qū)；②每個小區(qū)的基站根據(jù)業(yè)務情況確定上行時隙段所處的跨時隙區(qū)