TD-SCDMA中的联合检测算法研究

２０１４年第７期　（总第１３９期）　信息通信　

ＩＮＦＯＲＭＡＴ１０Ｎ＆ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ　２Ｏ１４　

（Ｓｕｍ．Ｎｏ　１３９）　

ＴＤ—ＳＣＤＭＡ中的联合检测算法研究　余远俊　、　（中兴通讯股份有限公司，江苏南京２１００１２）　

摘要：ＴＤ．ＳＣＤＭＡ系统是一种第三代移动通信系统，文章描述了ＴＤ．ＳＣＤＭＡ系统中用于联合检测的迫零块线性均衡　（ＺＦ．ＢＬＥ）算法和最小均方误差线性块均衡（ＭＭＳＥ—ＢＬＥ）算法，从原理上分析了两种算法的优缺点，比较了两种算法在　工程实现上的复杂度和性能，为终端接收机的实现提供参考。　关键词：ＴＤ．ＳＣＤＭＡ；联合检测；迫零块线性均衡；最小均方误差线性块均衡　中图分类号：ＴＮ９２９．５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１１３１（２０１４）０７．０００４—０３　

Ｊｏｉｎｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ＴＤ－ＳＣＤＭＡ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴＤ—ＳＣＤＭＡ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｉｒｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｂｉｌｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｊｏｉｎｔ　ｄｅｔｅｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＺＦ—　ＢＬＥ　ａｎｄ　ＭＭＳＥ—ＢＬＥ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｗｏ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ’ａｄｖａｎｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｃｔ，Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅｉｒ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｇｉｖｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｔｅｒｍｉｎａｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＴＤ－－ＳＣＤＭＡ；Ｊｏｉｎｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ＺＦ－－ＢＬＥ；ＭＭＳＥ—－ＢＬＥ　

０引言　随着用户数的增多或某些用户信号功率的加强，ＭＡＩ（多　址干扰）就会成为ＣＤＭＡ系统中的主要干扰。传统接收系统　是把ＭＡＩ等效为高斯噪声，把有用的信息看成噪声丢弃了，因　而使得判决误码较多；而多用户检测技术则充分利用系统传输　的这些有用信息（指多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位　等信息）来联合检测单个用户的信息，从而获得最佳的判决效　果。应用多用户检测技术可以提高系统的用户容量和性能；降　低系统对远近效应的敏感性；简化功率控制系统的设计。ＴＤ—　ＳＣＤＭＡ终端系统的接收机要求使用多用户联合检测以提供　满足通信传输要求的链路性能，这些联合检测器都是基于迫零　或最小均方误差块线性预测的，本文对比了这两种算法在工程　实现上的复杂度和性能，为终端接收机的实现提供参考。　１　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统离散时间传播模型　

一个有Ｋ个用户的典型多址接入系统的结构如图１所示。　

ｄ‘ｌ　

ｄ　２　

为：　４　

移动用户ｔ　ｒ一——＿　＼　／＼　联　合　移动用户２卜—＿１　空Ｉ　捡　中＼＋，　测　

信　接　道　收　

＼＼山／　．　机　移动用户Ｋ卜　／　＼／　

ｄ．　ｄ．　

图ｌ　Ｋ个用户的典型多址接入系统的结构　在Ｋ个用户的多址接入系统中，第Ｋ个用户的数据向量　

ｄ‘　＝（　‘ｎ，ｄ‘舫……．．　‘　）　，　ｋ＝ｌ，２，…，Ｋ　ｌ　２　第ｋ个用户的扩频码为：　

Ｃ　＝（ｃ‘　’，Ｃ‘　…………ｃ‘　）　，　ｋ＝ｌ，２，…，Ｋ　ｌ　２　Ｑ　信道冲激响应为：　肠＝（　，　，．．．　Ｋａ）　

所以用户ｋ的合并信道冲激响应为：　

（２）　（３）　

６　＝∑ｃ　＾　）－∑ｃ　ｖ＝１，２，．．…，Ｑ＋Ｗ－！　ｑ＝ｌ　（４）　矩阵形式为：　６（¨：Ｃ（　）　日（妇）　（５）　由向量ｂ∞所决定的系统矩阵为：　

（　）＝　０…０　６　）０…０　

６　…０　６　一　０…０　

０　一０　０　０．．．０　：　：　…　：　０　０…　（ⅣＱ＋Ｗ一１）ｘＮ　

（６）　

第Ｋ个用户经过空中信道的冲激响应为ｈ　，则多址接入　系统的离散传输模型如下图２。　

图２多址接入系统的离散传输模型　由图可见，接收的信号可以表示为：　Ｎ　Ｑ　）＿∑　∑ｃ　＿１）阳＋　，　

ｎ＝ｌ　ｑ＝ｌ　Ⅳ　Ｗ　＝

∑　∑ｃ　Ｑ一　。　’　（７）　信息通信　余远俊：ＴＤ—ＳＣＤＭＡ中的联合检测算法研究　接收矩阵为：　Ｐ＝∑Ｐ　＋　＝Ａｄ＋ｎ　（８）　ｋ＝ｌ　其中：　

Ａ－－（Ａ‘”，Ａ‘”，６ａＩ　Ｏｌ　Ｊ￣Ａ‘　）　ｄ＝（ｄ‘Ｉ），ｄ‘　，……，ｔｌ‘　’）　ｄ‘　＝（ｄ１‘如，ｄ２‘　，…“，ｄＮ　）Ｔ　ｋ＝ｌ，２，…“Ｋ　２线性联合检测算法　在线性联合检测器中，首先用线性块均衡器Ｍ对接收信　号进行检测，得到Ｋ个用户发送符号的连续值估计，然后用Ｋ　个量化器对这些连续值进行量化，得到对用户发送符号的离　散值估计。采用线性算法的检测器结构一般如图３。　

量化器ｌ　１　缝性块均撕器　—　＿＇４重化器盘卜　

自　Ｍ　—　量化器　卜　

图３采用线・ｌ生算法的检测器结构　将ｅ＝Ａｄ＋ｎ代入可以得到：　ｄ　＝ＭＡｄ＋Ｍｎ　——　（９）　

＝ｄｉａｇ（ＭＡ）Ｏ＋ｄｉａｇ（ＭＡ）Ｏ＋Ｍｎ　

ｄｉａｇ（ｘ）表示矩阵ｘ的对角线矩阵，而ｄｉａｇ（ｘ）则表示保留　非对角线元素的矩阵。这样上式中第一项代表有用部分，第　二项代表ＩＳＩ＋ＭＡＩ，第三项代表噪声。它清晰地指明了线性联　合检测算法的研究方向，即按照一定的准则选取Ｍ矩阵，使得　上式后两项，即ＭＡＩ＋ＩＳＩ和噪声对估计值的影响尽可能小。根　据准则或Ｍ的不同，线性联合检测算法大致可以分为：白化匹　配滤波器法（ＷＭＦ），迫零算法（ＺＦ．ＢＬＥ），最小均方误差算法　（ＭＭＳＥ）三种，这里重点介绍迫零算法和最小均方误差算法。　２．１迫零线性块均衡（ＺＦ—ＢＬＥ）法　

ＺＦ—ＢＬＥ法的核心思想是迫零滤波，倒ｌｅ—Ａａ　一　０，　其结构如图４。　

（　ｌ　图４迫零均衡器结构图　其连续值的无偏估计为：　

ｄｃ７＿，Ｆ－ＢＬＥ：（Ａ　Ｒ：　Ａ）　Ａ　Ｒ：　ｅ　

＝ｄ＋（Ａ叩Ｒ：　Ａ）　Ａ，ｒＲ：　１１　肖噪声ｎ为ＡＷＧＮ时，其协方差矩阵满足－　＝　Ｉ　ａ　．　一舭　＝（Ａ叩Ａ）　Ａ叩ｅ＝ｄ＋（Ａ　Ａ）　Ａ　Ｉ１　

ｘ，Ｊ’矩阵　’　群　Ａ进行Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解：　＝（∑Ｈ）　・∑Ｈ　

（１０）　（１１）　（１２）　

（１３）　

其中Ｈ是一个对角线元素为１的＿｝＝三角矩阵，是一个元素　为实数的对角线矩阵，Ｌ为下三角阵。　

ｄ－－（Ｚ日）　（日　∑）　Ａ　Ｒ－’Ｐ　ｕ　在前面的分析巾，我们已经求得了Ａ矩阵，Ｌ矩阵，利用　矩阵运算，就可以求得用户数据的估值　。相比于传统的匹　配滤波器输出噪声功率，ＺＦ—ＢＬＥ将使噪声功率增强。但是当　噪声功率很低（趋于零），ＭＡＩ和ＩＳＩ占主导地位时，ＺＦ．ＢＬＥ　仍是最优的线性无偏检测器。　２．２最小均方误差线性块均衡（ＭＭＳＥ．ＢＬＥ）法　在ＺＦ－ＢＬＥ法的基础上，人们提出了性能更好的ＭＭＳＥ－ＢＬＥ　法，与ＺＦ．ＢＬＥ不同，ＭＭＳＥ—ＢＬＥ遵循另一种准则——ＭＭｓＥ　＾　／¨．　¨２、　准则，即需找到一个ｄ　船一眦，使Ｅ【　，—　—　—ｄＩ１　Ｊ＿÷０，　

ＭＭＳＥ　ＢＬＥ的结构图如图５所示。　

‘　图５　ＭＭＳＥ—ＢＬＥ的结构图　其连续值的估计为：　ａ。．　研一眦＝（Ａ叩Ｒ：　Ａ＋Ｒ　）一　Ａ叩Ｒ：　ｅ　（１　５）　

当满足ＲＪ＝Ｉ，ｒ　＝　。Ｉ时，利用ＭＭＳＥ．ＢＬＥ法所得的　估计值为　ａ　．此衄～眦＝（Ａ叩Ａ＋ｃｒ　Ｉ）～　Ａ‘　ｅ　（１６）　

当噪声功率趋于零（高信噪比）时，ＭＭＳＥ．ＢＬＥ等价于　ＺＦ．ＢＬＥ，对于抗ＭＡＩ及ＩＳＩ是最优的，当噪声功率远高于信　号功率（低信噪比），ＭＭＳＥ—ＢＬＥ相当于传统的匹配滤波检测　器，对抗噪声是最优的。　

３结语　ＺＦ．ＢＬＥ和ＭＭＳＥ．ＢＬＥ的性能仿真对比如下图６。　

德臻比鼬　Ｉ　图６　ＺＦ．ＢＬＥ和ＭＭＳＥ．ＢＬＥ的性能对比　将公式（１６）和式（１４）比较可知，ＭＭＳＥ—ＢＬＥ法需要得到　噪声方差的估计，而ＺＦ．ＢＬＥ法则不需要，但从ＺＦ．ＢＬＥ和　ＭＭＳＥ．ＢＬＥ的性能对比图６看，ＭＭＳＥ—ＢＬＥ的性能比ＺＦ—　ＢＬＥ提高不多，但却需要付出噪声方差估计的代价。经过综　合考虑后，作者认为ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统采用ＺＦ．ＢＬＥ作为联合　检测技术的实现方法是最佳的。　

５　

茁鼍露嗒２０１４年第７期　（总第１３９期）　信息通信　

ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ　２０１４　

（Ｓｕｍ．Ｎｏ　１３９）　

基于Ｇ＿ＰＳ＋“北斗＂双星导航的道路运输车辆卫星定位系统应用研究　杨志鹏，邵志超，张艳辉，李琛　（长安大学信息工程学院，陕西西安７１００６４）　

摘要：分析了道路运输车辆卫星定位系统架构，总结了其应用的优点。结合ＧＰＳ＋“北斗”的双星导航优势，提出了以车载　终端和企业系统平台为应用架构的道路运输车辆卫星定位系统。实际应用表明系统在解决道路交通拥堵、提高道路运　输效率、降低交通安全事故等方面有很大的成效。　关键词：道路运输；ＧＰｓ＋“北斗”双卫星导航；车载终端；系统平台；卫星定位系统　中图分类号：Ｐ２０８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３．１１３ｌ（２０１４）０７．０００６．０２　

ｌ　ＧＰｓ＋‘　匕　’双星导航在交通运输安全的应用优势　近年来，为强化运输过程监管，确保交通运输安全，实现　运输过程动态监管全覆盖。随着我国自主研发的北斗卫星导　航系统的投入使用，其在交通运输行业动态监管的优势已逐　步显现。“北斗”是世界上首个集定位、授时和短报文通信为　一体的卫星导航系统。北斗导航系统有两项功能是ＧＰＳ不　具备的：通信和目标定位。要是装备了北斗系统终端接收器，　双方或者多方之间就可以使用短信通信、聊天。ＧＰＳ　ＥＩ前只　能告诉使用者“我”在哪里，但北斗系统不但能告诉使用者“我”　在哪里，还能告诉使用者“我的朋友”在哪里。“北斗”另一大　特点是它与别的卫星导航系统之间能够兼容与互操作。卫星　导航系统有其脆弱性，单一的导航系统易被干扰、遮蔽，采用　ＧＰＳ＋“北斗”的双星导航系统可以提高系统的可用性和导航　精度。　２道路运输车辆卫星定位系统架构分析　道路运输车辆卫星定位系统由政府平台、企业平台、车载　终端、计算机通信网络等组成，通过系统各组成部分之间的互　联互通，实现业务管理及数据交换和共享。政府平台通过平　台接口及统计分析功能，主要实现对上级平台的数据报送、对　下级政府平台的管理和对企业平台的监管和服务。企业平台　接入到政府平台，主要通过对车载终端的控制，实现对营运车　辆安全运营的监控，并实时上报各项数据给政府平台。车载　终端获取道路营运车辆在行驶过程中的基本信息，及时通过　

ＧＰＲＳ无线网络上传给企业平台。同时响应企业平台下达的　各种监控命令，并实时上传车辆当前行驶的信息，其系统总体　架构如图１所示。