陳茹梅，李申陽(yáng)，陳 昕，王賡浡

（航天恒星科技有限公司 北京100086）

由于CDMA 系統(tǒng)是碼分多址的多址方案， 在實(shí)際系統(tǒng)中，碼間干擾（ISO）、多址干擾（MAI）以及系統(tǒng)中強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的抑制（遠(yuǎn)近效應(yīng)）成為CDMA 系統(tǒng)必然存在的幾類主要干擾。MAI 制約著系統(tǒng)的容量，ISO 制約著通信的速率[1]。對(duì)ISO 的抑制可以采用均衡或分集技術(shù)。 MAI 的產(chǎn)生是由于用戶接收機(jī)無(wú)法完全同步并采用完全正交的擴(kuò)頻碼。 各用戶信號(hào)間存在一定的相關(guān)性，從而產(chǎn)生多址干擾，而抑制MAI 需采用多用戶檢測(cè)MUD (Multiuser Detection )技術(shù)，降低了系統(tǒng)的誤碼率，提高了帶寬利用率，緩解了“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，干擾消除法是多用戶檢測(cè)技術(shù)的一種，其基本思想就是在接收端先對(duì)信號(hào)做初步判決，再利用這一初步值估計(jì)出每個(gè)用戶對(duì)其他用戶的多址干擾，產(chǎn)品每個(gè)人在其他用戶的接收信號(hào)中減掉該用戶產(chǎn)生的多址干擾，得到一個(gè)減輕了多址干擾影響的統(tǒng)計(jì)量，然后進(jìn)行檢測(cè)[2-3]。

這類檢測(cè)方法中一種有效地方法是并行干擾消除算法，能以較低的計(jì)算復(fù)雜度和較小的處理延時(shí)獲得較大的性能改善，其實(shí)用性最強(qiáng)。 本方法克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種針對(duì)多用戶數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母蓴_消除方法，以提升現(xiàn)有干擾消除方法的誤碼特性。

1 基本原理

多址干擾消除模塊是同頻多路通信系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的技術(shù)， 適合于CDMA、OFDM、MC-CDMA 等通信體制以及多進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)。 其主要作用就是增加系統(tǒng)的通信容量，實(shí)現(xiàn)有限衛(wèi)星帶寬的有效利用，本文針對(duì)多用戶鏈路數(shù)據(jù)傳輸提出了解決限制系統(tǒng)容量的一種消除干擾的方法， 接收端置，對(duì)中頻信號(hào)解調(diào)后，解擴(kuò)預(yù)判決得到初值，則可完成MAI 再生，做干擾抵消。

目前技術(shù)上成熟的多用戶檢測(cè)手段很多，性能較好的有最小均方誤差檢測(cè)、最大似然檢測(cè)等[4]。 然而由于在本多通道解調(diào)器中，實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)是在FPGA 內(nèi)部采用軟件無(wú)線電的形式完成的，所以在本方案中采用了算法相對(duì)簡(jiǎn)單的并行干擾消除的多用戶檢測(cè)方法。 該檢測(cè)方法其最大優(yōu)點(diǎn)在于算法簡(jiǎn)單，且復(fù)雜度隨用戶數(shù)據(jù)量增加而呈線性增長(zhǎng)[5]。

并行干擾消除檢測(cè)器 PIC (Parallel Inteference Cancellation)的基本思想是采用多級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)“判決一再造一消除”的循環(huán)，來(lái)提高對(duì)用戶信息的估計(jì)精度[6]。 在PIC 檢測(cè)器在每級(jí)中，根據(jù)上一級(jí)的輸出在每個(gè)用戶的接收信號(hào)中去掉由所有其他用戶對(duì)它產(chǎn)生的多址干擾，并用修改過(guò)的接收信號(hào)對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行下一級(jí)的重新檢測(cè)。 每級(jí)并行干擾相 消檢測(cè)器相消結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。

圖1 原理框圖Fig. 1 Functional block diagram

LMS 算法是基于恢復(fù)信號(hào)與期望信號(hào)均方差最小的原理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自適應(yīng)的收斂。 在本系統(tǒng)中，其實(shí)現(xiàn)的原理如圖2 示，設(shè)接收信號(hào)為r(m)，向量，幅度估值為，初值為零向量，則恢復(fù)出的信號(hào)為：

得到誤差信號(hào)為：

則均方誤差可表示為：

式中μ 是一個(gè)控制收斂速度與穩(wěn)定性的常數(shù)， 稱為收斂因子，其取值范圍為:

圖2 估值算法原理框圖Fig. 2 Valuation algorithm functional block diagram

其中，λmax是矩陣Rrr的最大特征值。

根據(jù)上述收斂因子的取值范圍，并根據(jù)圖3 示的LMS 算法的系數(shù)更新，對(duì)收斂因子的取值進(jìn)行修正，函數(shù)如下

式中α2≈0.000 1，β2∈(0,1)

α1，β1，α2，β2為函數(shù)系數(shù)，η 為門(mén)限值， 實(shí)際工程中實(shí)現(xiàn)時(shí)，η 的選值通過(guò)測(cè)試得到。該算法的復(fù)雜度與用戶數(shù)成正比關(guān)系，避免了逆矩陣的計(jì)算和，Rrr的先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，極大降低了FPGA 處理實(shí)現(xiàn)的難度。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本方法應(yīng)用于12 路用戶的系統(tǒng)中， 每路用戶的擴(kuò)頻偽碼 速 率 可 選，3.069 Mcps，5.115 Mcps，9.6 Mcps，10.23 Mcps，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)1023 和2047 可選，偽碼初相任意可配置，每路用戶相互獨(dú)立，更改其中一路參數(shù)不影響其他用戶正常工作。

圖3 系數(shù)調(diào)整圖Fig. 3 Coefficient adjustment diagram

在多路信號(hào)合成過(guò)程中，如圖4 示首先對(duì)數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼進(jìn)行模二乘，進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，可設(shè)置各路信號(hào)間的幅度差值最大為5 dB，對(duì)幅度調(diào)節(jié)后的信號(hào)做累加合成，加調(diào)載波，繼而輸出。 在接收端，圖5 示，首先對(duì)解調(diào)后的接收信號(hào)做匹配解擴(kuò)，對(duì)接收信號(hào)的初步判決；干擾消除部分，利用匹配濾波的初步值估計(jì)出每個(gè)用戶對(duì)其他用戶的多址干擾，對(duì)除目標(biāo)用戶外所有用戶的干擾進(jìn)行求和，在目標(biāo)用戶接收端減掉該干擾和，得到減輕了多址干擾影響的統(tǒng)計(jì)量，然后對(duì)干擾消除得到的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行解擴(kuò)判決， 得到干擾消除后的數(shù)據(jù)，做后端數(shù)據(jù)處理。

在該12 路用戶系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)每用戶數(shù)據(jù)的恢復(fù)，需要把每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)解擴(kuò)判決出來(lái)，然后通過(guò)再調(diào)制恢復(fù)成輸入信號(hào)，通過(guò)LMS 算法，估計(jì)出每個(gè)用戶信號(hào)的幅度，在輸入AD 數(shù)據(jù)中減去其余11 路用戶信號(hào)，最終得到干擾消除后的數(shù)據(jù)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)解擴(kuò)判決。

圖4 多用戶合路信號(hào)合成圖Fig. 4 Multi-channel signal synthesis diagram

圖5 多用戶干擾消除系統(tǒng)框圖Fig. 5 Multi-channel interference elimination system block diagram

3 結(jié)論

文中與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)多址干擾消除及優(yōu)化算法，誤碼率得到有效降低，增加了系統(tǒng)容量；可以針對(duì)不同的調(diào)制方式及數(shù)據(jù)速率，靈活適應(yīng)數(shù)據(jù)、圖像的傳輸要求；對(duì)不同信號(hào)幅度的用戶合路做處理，最大差距為5 dB；通過(guò)采用模塊化設(shè)計(jì)，在需要時(shí)可以進(jìn)一步增加并行度提高性能。 本方法已經(jīng)成功應(yīng)用于實(shí)際工程中，目前運(yùn)行良好。

[1] 孫建華.干擾消除技術(shù)在CDMA網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]，信息技術(shù)，2012,（8）：152-156.

SUN Jian－h(huán)ua.Application of interference cancellation in CDMA network[J].Information Technology,2012(8):152－156.

[2] 劉向東,顧學(xué)邁.CDMA中干擾消除多用戶檢測(cè)器的研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006,28（9）：882－885.

LIU Xiang－dong,GU Xue－mai.Research of an interference cancellation multi－user detector for CDMA [J].Journal of University of Science and Technology Beijing,2006,28（9）：882－885.

[3] 劉棟. 干擾抵消多用戶檢測(cè)[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2008（11）:25.

LIU Dong.Interference to offset the multiuser detection[J].China's New Technology and New Products,2008（11）:25.

[4] 梁曉慶，顏彪，楊娟.碼分多址系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004,27(19):38－40.LIANG Xiao－qing,YAN Biao,YANG Juan.Multiuser detection in CDMA systems [J].The Modern Electronic Technology,2004,27(19):38－40.

[5] 趙婷婷， 趙玉萍. 一種OFDM系統(tǒng)中的同頻干擾消除算法[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2011,33(8):1993－1997.

ZHAO Ting－ting,ZHAO Yu－ping.A co－channel interference suppression scheme in OFDM systems[J].Journal of Electronics & Information Technology,2011,33(8):1993－1997.

[6] 李翠然，李承恕.一種改進(jìn)的部分并行干擾消除算法[J]，鐵道學(xué)報(bào)，2001,23（5）:46－49.

LI Cui－ran,LI Cheng－shu.Improved partial parallel interference cancellation for CDMA[J].Journal of the China Railway Society,2001,23(5):46－49.