一種基於平均誤碼率累計分布的多載波系統聯合接收方法與流程
2023-11-30 23:17:31
本發明涉及一種基於平均誤碼率累計分布的多載波系統聯合接收方法，屬於電子通信技術領域。
背景技術：
多載波系統由於其信道呈現稀疏特性，故其擁有較強的對抗在多通道情況下的頻率選擇性，同時具有較高的頻帶利用率，一直以來都是研究的熱點，並被認為是新一代寬帶無線接入的可選方案之一。伴隨著頻域中對正交擴頻碼的應用，用戶的數據是通過多載波系統的發射裝置進行的擴頻。在惡劣的衰落環境中獲得較好的誤比特率(BER)可以通過頻域均衡技術得以實現。當然，與直接數字序列系統相同的是，利用多載波系統中可以應用頻分復用，也可以通過限制帶寬來達到目的。對於移動用戶來說，由於陰影和距離衰落導致的接收信號功率降低可以通過位置分集接收方法來進行補償。這些方法均可以提高下行鏈路的傳輸性能。通過計算機仿真，最新的位置分集方法表明通過聯合使用最小均方誤差的頻域均衡(MMSE-FDE)和接收分集方法可以極大地提高下行鏈路的容量。然而，這些通過計算機仿真得到的結論如何在理論上得到驗證仍存在著理論架構不清晰、數學定義有分歧等很大的問題，因此建立一整套的完備的理論體系來評估由位置分集方法建立的下行鏈性能就顯得尤為重要了。
技術實現要素：
為了實現上述目的，本發明提供了一種基於平均誤碼率累計分布的多載波系統聯合接收方法。
本發明採取的技術方案如下：
一種基於平均誤碼率累計分布的多載波系統聯合接收方法，包括如下步驟：
第一步：準確描述在高斯幹擾下接收信號的基礎表達；
基站中i中微蜂窩j的用戶u，其並行數據序列NC/SF可以從已調信號序列{du(j)(n)；n＝0～NC/SF-1}中通過串並轉換(S/P)得到。S/P轉換的輸出是通過計算擴頻因子SF乘以正交擴頻碼{Cu(j)(k)；k＝0～SF-1}得到的；通常，基站i的交織碼{CPN(i)(k)；k＝0～Nc-1}是被用作結合每個子載波的用戶擴頻信號做乘法使用的；不同交織碼的作用是將那些接收到的合成信號轉化成類白噪聲性質，並可以提取出來不同微蜂窩的位置信息。定義第k路子載波的複合接收信號為：
基於上述方程，其中Pi為傳輸功率，基站i中活動的信道(用戶)數為U+δui，在位置分集運算中額外預留的信道數為δui；考慮到|du(i)(n)|＝|cu(i)(k)|＝|cPN(i)(k)|＝1，那麼，正交擴頻交織碼可以表示為：正交擴頻交織碼可以表示為：
然而，由於多址幹擾(MAI，multiple access interference)的存在，多徑衰落信道中是沒有理想正交性的；
多址幹擾MAI定義如下：
其中，通過式(1)，(2)，(3)可知方差為：
另外，蜂窩間互擾ICI(inter-cellular interference)是由於交織碼不正交而在蜂窩之間產生的，其可定義為：
第二步：推演並計算出信道的理論誤碼率；信道的增益由本地的平均誤碼率表徵，其值是通過統計平均及數值仿真得到的，可以表示為：
第三步：採用蒙特卡洛數值仿真方法對平均誤碼率的條件進行模擬並獲得當前的平均誤碼率；
第四步：根據第三步的平均誤碼率來判斷在給定的條件下信道增益是否能夠達到標準。
本發明有益效果：提出了一種全新的基於MMSE及空間分集的方法來提升可變頻率選擇性信道的性能，通過仿真結果發現，本文給出的理論和計算機仿真相互印證，可以為研究無線蜂窩多接入系統下行鏈路的性能提供一種新的思路
附圖說明
圖1是複合接收信號結構簡圖。
圖2下行鏈路多載波蜂窩系統發射機/接收機。
圖3陰影衰落β對下行鏈路容量的影響。
圖4(a)為僅考慮MAI時的信道增益仿真。
圖4(b)為僅考慮ICI時的信道增益仿真。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明。
系統模型
多載波系統中包括正交擴頻碼、交織碼和高斯白噪聲等信號，其中正交擴頻碼用來確認用戶，而交織碼可以用來分離微蜂窩的位置。如前所述，頻率選擇性衰落信道很難在用戶中獲得完美的正交性，如圖1所示，子載波的增益不再是恆定的，這就會帶來多址幹擾(multiple access interference，MAI)。
假設多載波系統的子載波數量為NC，擴頻因子為SF,圖2給出了使用最小均方誤差的頻域均衡(MMSE-FDE)和接收分集方法聯合接收的系統框圖，包括發射和接收2部分。
傳輸信號數學表達
考慮基站中i中微蜂窩j的用戶u，其並行數據序列NC/SF可以從已調信號序列{du(j)(n)；n＝0～NC/SF-1}中通過串並轉換(S/P)得到。S/P轉換的輸出是通過計算擴頻因子SF乘以正交擴頻碼{Cu(j)(k)；k＝0～SF-1}得到的。通常，基站i的交織碼{CPN(i)(k)；k＝0～Nc-1}是被用作結合每個子載波的用戶擴頻信號做乘法使用的。不同交織碼的作用是將那些接收到的合成信號轉化成類白噪聲性質，並可以提取出來不同微蜂窩的位置信息。定義第k路子載波的複合接收信號為：
基於上述方程，其中Pi為傳輸功率，基站i中活動的信道(用戶)數為U+δui，在位置分集運算中額外預留的信道數為δui。考慮到|du(i)(n)|＝|cu(i)(k)|＝|cPN(i)(k)|＝1，那
麼，正交擴頻交織碼可以表示為：正交擴頻交織碼可以表示為：
然而，由於多址幹擾(MAI，multiple access interference)的存在，多徑衰落信道中是沒有理想正交性的。
多址幹擾MAI定義如下：
其中，通過式(1,2,3)可知方差為：
另外，蜂窩間互擾ICI(inter-cellular interference)是由於交織碼不正交而在蜂窩之間產生的，其可定義為：
信道的增益由本地的平均誤碼率(BER)表徵，其值是通過統計平均及數值仿真得到的，可以表示為：
從圖3可以看出，陰影衰落β的增加對於下行鏈路容量幾乎沒有影響。但是陰影衰落β的增加可以引起幹擾功率增大，從而使得幹擾發生的概率也變大，因此下行鏈路的容量降低了。通過位置分集算法後，接收信號的功率有了明顯增強，說明陰影衰落β的微小變化可以通過混合分集算法補償回來，理論分析的結論和計算機仿真的結果是一致的。
由信幹噪比和誤碼率看出幹擾成分為復高斯隨機變量。圖4(a)(b)分別給出了信道中存在MAI和ICI時的概率密度函數(PDF，probability density functions)。假定每個蜂窩的用戶數U＝27，γ＝0dB代表信道中的是歸一化的功率延遲，Pth＝4.5dB，零均值的高斯分布符合MAI的PDF要求，同時滿足了理論計算的近似值。
在圖4(a)中可以看到如果只考慮MAI情況下，通過本文的聯合接收方法，系統性能得到了較大改善；在圖4(b)中可以看到如果只考慮ICI情況下，通過本文的聯合接收方法，系統性能也得到了較大改善。當然可以看出，如果信道在只受到MAI的影響情況下，信號的衰落程度要比信道受到ICI時更惡劣，也就是說本文提到的聯合接收方法對於處理信道中的ICI更有效。