減少WCDMA和TDMA系統(tǒng)中的干擾講解

1、減少 WCDMA 和 TDMA 系統(tǒng)中的干擾 摘要 本文主要對 UMTS 移動通信系統(tǒng)中的 WCDMA 上行鏈路的性能進(jìn)行評估， 此外，還對在一個小區(qū)中通過 WCDMA 和 TDMA 系統(tǒng)的融合來增加移動通信系 統(tǒng)小區(qū)的容量的這種可能性做研究。 我們希望減少在 WCDMA 和 TDMA 中小區(qū) 之間的干擾， 甚至是完全消除這種干擾， 以便他們能協(xié)調(diào)工作。 這將會大大增加 小區(qū)的容量， 并且在一個小區(qū)中 WCDMA 和 TDMA 系統(tǒng)的融合通過計算機(jī)仿真 可以實現(xiàn)。 關(guān)鍵字： 小區(qū)容量、 WCDMA 、TDMA 、干擾 一、 簡介 寬帶 CDMA 是一個直接序列碼分多址接入系統(tǒng)( DSCDMA

2、)系統(tǒng)， 在這個系統(tǒng)中，用戶信息比特通過與隨機(jī)序列交織后在一個很寬的頻帶中傳輸。 為了支持高比特率數(shù)據(jù)的傳輸，可變擴(kuò)頻和多碼連接技術(shù)也被應(yīng)用到系統(tǒng)中。 在移動通信系統(tǒng)中增加小區(qū)容量是一個很重要的工程，鑒于系統(tǒng)的高成 本和頻譜資源的有限， 提高頻譜的利用率是下一代蜂窩系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)方面取得成功 的根本 ,為使用有限的資源更有效而提出的的一個新概念就是將現(xiàn)有無線資源相 結(jié)合和協(xié)調(diào)的混合系統(tǒng)， 這能夠充分利用單個系統(tǒng)的能力。 這種混合系統(tǒng)在一定 程度上任何時候都有一定的自由度， 例如我們可以根據(jù)服務(wù)質(zhì)量的要求和整個系 統(tǒng)的傳輸特性選擇最有效的傳輸系統(tǒng)。 一些研究者已明確表明，未來的多址接入方案要實現(xiàn)覆蓋

3、是值得我們學(xué) 習(xí)和模擬的。模擬算法被用來研究的覆蓋效果的混合系統(tǒng)的性能上的不同的方 案。使用陷波濾波器來提高混合系統(tǒng)的容量的效果在 4 中有研究，而功率控制 機(jī)制對混合方案的誤比特率的影響在 5 中有研究，在 6中用一個簡化的模型來 研究在 GSM 和 CDMA 系統(tǒng)運行在相同頻帶上時系統(tǒng)的性能。在 7 中，提出了 一種將 TDMA 基站蜂窩結(jié)構(gòu)和采用直接序列擴(kuò)頻通信的 CDMA 相結(jié)合的系統(tǒng)， 在前向和反向鏈路中通過時分復(fù)用來增加容量。在另外一項研究 8 中，蜂窩移 動應(yīng)用系統(tǒng)被提出，在每個小區(qū)內(nèi)通過 TDMA 實現(xiàn)多用戶復(fù)用、 CDMA 來控制 內(nèi)部干擾。 通過模擬仿真的比較顯示所提出的系

4、統(tǒng)能過提高整個系統(tǒng)的容量。 再 9 中比較了兩個擴(kuò)頻系統(tǒng)的性能。第一個是在傳統(tǒng)意義上的 WCDMA 系統(tǒng)，而 第二個系統(tǒng)是在反向鏈路采用擴(kuò)頻 TDMA 系統(tǒng)。結(jié)果表明 TDMA 應(yīng)該用于室內(nèi) 蜂窩系統(tǒng)中而 WCDMA應(yīng)該用于室外蜂窩系統(tǒng)中。窄帶 CDMA系統(tǒng)和TDMA 系統(tǒng)中，以提供更高的頻譜效率10提出了使用的頻率重疊的可能性的理論探 討。結(jié)果表明，在一定條件下兩個系統(tǒng)可以工作在相同的頻帶和在同一區(qū)域內(nèi)， 在整個系統(tǒng)的整體容量有相當(dāng)大的改善。在本文中，上行鏈路UMTS系統(tǒng)仿真 器的使用MATLAB實現(xiàn)，就色散和AWGN信道對系統(tǒng)性能的影響做了研究。 研究也考慮到TDMA和WCDMA的融合對系

5、統(tǒng)誤碼率的影響。所提出的方法主 要目的是在同一個小區(qū)通過聯(lián)合操作兩個系統(tǒng)來提高系統(tǒng)容量，我們也提出了一 種簡單的在TDMA和WCDMA系統(tǒng)中減小干擾的方案。 本文的組織如下：第二節(jié)給出了一個初步介紹WCDMA上行鏈路仿真 AWGN和分散渠道的作用下，它的 BER性能。第三節(jié)介紹了 WCDMA-TDMA 融合方式，而第四節(jié)主要考慮干擾消除，第五節(jié)討論所獲得的結(jié)果，最后得出結(jié) 論第六節(jié)中。 二、WCDMA上行鏈路的系統(tǒng)說明 在 WCDMAUMTS的上行鏈路通信系統(tǒng)；兩個物理信道專用于每個移動站， 并且有數(shù)據(jù)信道和數(shù)據(jù)信道的控制通道。數(shù)據(jù)信道被用來傳送的聲音和圖像等信 息數(shù)據(jù)，而控制信道被用于攜帶控

6、制信號。用于上行鏈路的WCDM系統(tǒng)的一個簡 單的示意圖示于圖1。 圖 1WCDMA 上行鏈路系統(tǒng) 首先，數(shù)據(jù)和控制通道位使用 BPSK 調(diào)制器調(diào)制， 然后將它們傳播以正交可 變擴(kuò)頻因子（OVSF）短代碼的形式。然后，兩個信道經(jīng)過復(fù)雜的處理使其正交 相關(guān)。所得的信號則乘以長的 Golden 碼進(jìn)行交織 .。 Golden 碼是復(fù)雜的長序列 具有低相關(guān)性，和相對較高的自相關(guān)。 經(jīng)加擾的信號然后被發(fā)送并在信道中傳播。 在基站處接收器， 一個反向的過程。 解擾所接收的信號后， 對數(shù)據(jù)和控制信 道簡單地被分離， 如在圖 1 所示。 然后通過一個匹配濾波器， 通過積分和轉(zhuǎn)儲來 估計所發(fā)送的 BPSK 信號

7、。 A、上行系統(tǒng)模擬器 我們已經(jīng)使用 MATLAB / SIMULINK 建立了基帶的 WCDMA 系統(tǒng)模擬器。 該模擬器包擴(kuò)一定數(shù)目的移動臺（用戶） ，色散信道和 /或加性高斯白噪聲 （ AWGN ）信道和基站接收機(jī)。這個模擬器為了簡單起見，我們做了一些假設(shè)。 首先，我們使用的是一個小區(qū)模型，因此有沒有同信道干擾；其次，采用完善的 功率控制， 使所有用戶都具有相同的信號在基站接收機(jī)電源； 第三，每個用戶有 其自己的正交可變擴(kuò)頻因子（OVSF ）和擾碼；最后，發(fā)射器和接受器所傳輸?shù)?信號碼之間完全同步。 在仿真中我們選擇接收端的誤比特率作為系統(tǒng)性能評判的標(biāo)準(zhǔn)， 誤碼率通過 運行仿真器來獲得。

8、B、上行鏈路仿真系統(tǒng) 模擬器運行后，可以得到每個系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號波形。圖 2 示出這些波形 和它們的位置，根據(jù)示于圖 1 的示意圖。 圖 3 示出對于用戶數(shù)量的變化， 當(dāng)所發(fā)送的信號在色散和色散高斯信道中傳 播的接收的BER。其中擴(kuò)頻因子（SF）被取為8;另外，信息比特率是480 kbps 的。這是顯而易見的 BER 隨用戶數(shù)量的增加而增加；同時也很清楚，對于相同 數(shù)目的用戶，AWGN信道的增加也會增加BER，因為色散信道的影響占主導(dǎo)地 位。 tnforrmOon iTLXTXLTi O paA J 2n e 11Y - oZ7l_l- OutfiLri of Matched Fitter (

9、InfratBi wd 這給出了一個群延遲3個采樣周期。 表1示出了所設(shè)計的FIR低通濾波器的參數(shù)。 biti z 亠 a? z- a； z -3-ii + 34 N十舉 -十對 al 0J54S96 0.223566 13 025 14 0.213566 3.5 0.154896 16 007054S 0.070543 表1濾波器的參數(shù) 由于該信號將遭受的3個采樣周期時延，它通過設(shè)計的FIR濾波器時，這種 延遲必須通過一個延遲線（Z-3）來對信號進(jìn)行校準(zhǔn)。此外，值得一提的，考慮 到整個模擬過程中的延誤和相應(yīng)的補(bǔ)償。 五、仿真結(jié)果和討論 模擬運行足夠的數(shù)目的數(shù)據(jù)符號下，我們忽略了的加性白高斯噪

10、聲的影響使 研究的TDMA干擾的效果更清楚地。 圖10給出了 WCDMA接收器在一定數(shù)量的TDMA用戶中兩種不同情況下 BER的變化，一種是在有干擾消除器，另外一種是沒有干擾消除器。同時，在 一個WCDMA用戶的情況下也作了仿真。很明顯，增加了用戶的數(shù)量BER也相 應(yīng)的增加，因為TDMA干擾也增加了。通過與沒有使用噪聲消除器（IC）的三 次比較發(fā)現(xiàn)噪聲消除器（IC）能夠減小BER。增加用戶數(shù)量使BER也增加也給 我們提示一些TDMA信號也通過了噪聲消除器并使得 BER增加，這是噪聲消除 器的一個缺點，因為我們是在理想的情況下增加用戶數(shù)量而得到的BER，這可 能是由于濾波器的非理想特性所造成的。

11、 圖10 BER隨WCDMA 接收器的數(shù)量的變化 在 WCDMA接收機(jī)和Pt/Pc與BER之間的關(guān)系示于圖11,其中Pt是TDMA 傳輸功率和Pc是WCDMA的移動站的發(fā)射功率。模擬運行一個 WCDMA用戶 和為32 TDMA用戶。很明顯，通常，增加 Pt/Pc將會增加BER，但另一方面， 我們能夠觀察到由于使用了噪聲消除器 BER平均將降低了四分之一。 圖11 WCDMA用戶數(shù)為32是Pt/Pc與BER之間的關(guān)系 圖12給出了在32個用戶的TDMA系統(tǒng)中使用噪聲消除器時 Pt/Pc與BER 的關(guān)系還有不同數(shù)目的用戶與 BER的關(guān)系。很顯然，在相同Pt/Pc的情況下，增 加用戶數(shù)量會使得BER

12、增加，這是因為WCDMA的干擾增多了；我們也觀察到 增加Pt/Pc也會使得BER增加，這是因為濾波器的非理想特性。 10 345 Pt J Pc 圖12在使用了 IC情況下不同 WCDMA用戶數(shù)目和Pt/Pc與BER的關(guān)系 現(xiàn)在，我們?yōu)榱艘粋€IC性能的清晰結(jié)果，我們定義一個改善因子作為從沒 有干擾消除器到有干擾消除器 BER的變化率。圖13給出了在保持TDMA用戶 數(shù)量不變（32時Nc和Pt/Pc與改善因子的關(guān)系。Nc增加時改善因子在減小這可 以做以下表述：減小WCDMA干擾使得TDMA干擾成為主要干擾因此通過干擾 消除器抑制TDMA干擾就會使得BER得到較好的改善，同時也觀察到當(dāng)Pt/Pc=

13、2 時改善因子取得最大值。 圖13對不同WCDMA用戶數(shù)Pt/Pc與改善因子的關(guān)系 六、總結(jié) WCDMA和TDMA系統(tǒng)能夠工作在同一小區(qū)內(nèi)，因此通過用干擾消除器來 減少兩個系統(tǒng)的相關(guān)干擾最終提高小區(qū)容量是可以實現(xiàn)的。在WCDMA基站接 收器使用干擾消除器可以較好的減小 BER ;另一方面，在TDMA接收器端能夠 通過在TDMA移動站增加發(fā)射功率來減小WCDMA干擾的影響。 參考文獻(xiàn) 1 H. H. Himimy, and S. C. Gupta, “ Overlay of CellularCDMA or AMPS Forward and Reverse Link ” ,IEEETransact

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