模擬結果與討論

CDMA 系統

調變(modulation) QPSK 載波頻率(carrier frequency) 2GHz 頻寬(total bandwidth) 6.4MHz 資料速率(data rate) 20Kbps 切片週期(chip duration) 0.1563

µ s

護衛間隔(guard interval) 20

µ s

展頻因數(spreading factor) 512 攪亂因數(scrambling factor) 512

車速(vehicle speed) 30 km/hr (100 km/hr) 都普勒頻率(Doppler frequency) 55.56 Hz (185.19 Hz) 路徑個數(path number) 2

最大延遲擴散(max delay spread) 15

µ s

表6.2 CDMA 系統模擬參數表

6.3 模擬結果與討論

以下我們分別針對等能量雙路徑 AWGN 通道與等能量雙路徑瑞雷 衰減通道進行電腦模擬，內容包含 MC-CDMA 系統與 CDMA 系統單一用

方式的探討與通道估計效應評估等，圖 6.3~圖 6.11 為電腦模擬之結 果。

2 4 6 8

SNR (dB) 0.0001

0.001 0.01 0.1

BER

Theory

MC-CDMA, MRC MC-CDMA, EGC DS-CDMA, MRC DS-CDMA, EGC

圖 6.3 理想通道估計下雙路徑 AWGN 通道之 MC-CDMA 系統與

0 4 8 12 16 20

SNR (dB) 0.0001

0.001 0.01 0.1

BER

Theory

MC-CDMA, MRC MC-CDMA, EGC DS-CDMA, MRC DS-CDMA, EGC

圖 6.4 理想通道估計下雙路徑衰減通道之 MC-CDMA 系統與

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interference cancellation.

MUD, s=1, MRC MUD, s=2, MRC MUD, s=3, MRC

圖 6.5 MC-CDMA 理想通道估計下雙路徑 AWGN 通道之接收機

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interference cancellation.

MUD, s=1, MRC MUD, s=2, MRC MUD, s=3, MRC

圖 6.6 MC-CDMA 理想通道估計下雙路徑衰減通道之接收機錯

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interference cancellation, MRC MUD, s=3, MRC+MRC+MRC No interference cancellation, EGC MUD, s=3, EGC+EGC+EGC

圖 6.7 MC-CDMA 理想通道估計下採用不同通道匹配方式雙路

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interferece cancellation, MRC MUD, s=3, MRC+MRC+MRC No interference cancellation, EGC MUD, s=3, EGC+EGC+EGC

圖 6.8 MC-CDMA 理想通道估計下採用不同通道匹配方式雙

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interference cancellation.

MUD, s=1, MRC MUD, s=2, MRC MUD, s=3, MRC

圖 6.9 MC-CDMA 通道估計下雙路徑 AWGN 通道之接收機錯碼 率與用戶數目關係圖 (SNR=6dB, 0.95, 0.999)α = α =

50 100 150 200 250 300

User 0.001

0.01 0.1 1

BER

No interference cancellation.

MUD, s=1, MRC MUD, s=2, MRC MUD, s=3, MRC

圖 6.10 MC-CDMA 通道估計下雙路徑衰減通道之接收機錯碼

率 與 用 戶 數 目 關 係 圖

1 2

(SNR=14dB v, 30= km hr/ , 0.75, 0.999)α = α =

40 80 120 160 200 240 280

User 0.0001

0.001 0.01 0.1 1

BER

Perfect channel estimation, v=30km/hr Perfect channel estimation, v=100km/hr Perfect path selection, v=30km/hr Perfect path selection, v=100km/hr Channel estimation, v=30km/hr Channel estimation, v=100km/hr

圖 6.11 MC-CDMA 雙路徑衰減通道下接收機錯碼率與用戶 數目關係圖

(SNR=14dB s, =3)

通道估計 ^{1 2}

1 2

30 / , 0.75, 0.999

100 / , 0.4, 0.999

v km hr

v km hr

α α

α α

= = =

 

 = = = 

 

在傳輸頻寬與資料速率一致的基準點上，我們比較 MC-CDMA 與 DS-CDMA 兩系統單一用戶的接收機效能，兩系統的接收機架構完全相 同，此外，假設理想通道估計。圖 6.3 與圖 6.4 顯示在雙路徑 AWGN 通道或雙路徑衰減通道下，採用相同的通道匹配方式，兩系統效能相 差無幾。接著比較不同通道匹配方式的影響，MRC 通道匹配方式不管 在雙路徑 AWGN 通道或雙路徑衰減通道下，系統效能皆十分貼近理論 值，在雙路徑 AWGN 通道下，其表現優於 EGC 通道匹配方式，但在雙 路徑衰減通道下，分別使用 MRC 與 EGC 兩種通道匹配方式，兩者的系 統效能差異不大。MC-CDMA 系統可視為一展頻碼為頻域展頻碼之 DS-CDMA 系統，在傳輸頻寬、SNR、展頻碼特性相同的條件下，兩系 統效能沒有太大的差異。

第二部分進行多用戶偵測技術效能之驗證，我們將平行干擾 消除多用戶偵測技術應用在每個次載波上，亦假設理想的通道估計。

圖 6.5 與圖 6.6 為在不同的通道環境下接收機錯碼率與用戶數目關係 圖。在不做任何干擾消除時，隨著用戶人數的增加，用戶彼此間訊號 干擾非常嚴重，因此，接收機效能劇降。當

s ₌

1時，加入了領航訊號 干擾消除的機制，目的在於消除領航訊號對資料訊號的影響，此時的 系統容量有顯著的提升。之後採用多層級的平行干擾消除進一步消除 用戶間資料訊號互相干擾的部分，在

s =

2時，其效果顯而易見，但隨

2~3 級的平行干擾消除即可。

同樣假設理想的通道估計，我們在多層級平行干擾消除中嘗 試不同的通道匹配方式：MRC 或 EGC。模擬結果如圖 6.7 與圖 6.8 所 示，相較於未進行任何干擾消除動作，平行干擾消除進行至

s ₌

3時，

兩通道匹配方式之系統容量皆獲得相當程度的改善。但 MRC 在雙路徑 AWGN 通道下呈現了較佳的系統效能，兩者差異在雙路徑衰減通道下 有變小的趨勢。

最後，加入通道估計機制，每一個用戶的領航訊號使用金氏碼展 頻，利用金氏碼的自相關特性在接收端針對每位用戶進行解展頻可估 出個別用戶的通道脈衝響應，但通道的估計值包含了雜訊、通道衰減 等因素造成的誤差，因此，之後再使用兩個 IIR 濾波器提高通道估計 之準確度。IIR 濾波器的衰減因子

α

值大小和濾波器頻寬及平均長度 相關，我們必須根據不同的使用目的，找出合適的

α

^{值，以下我們就} 電腦模擬中兩個 IIR 濾波器的衰減因子

α

₁^、

α

2^{的選定做一解釋。}

第一個 IIR 濾波器為平均雜訊之用，濾波器的平均長度應設計在 通道產生變化的時間範圍之內，又車子行進的速度代表通道變化的快 慢，一般而言，在行進距離為0.5

λ

⁽

λ

：波長)的範圍內假設通道大 小不變，通道的相位變化在行進距離為0.02

λ

^{的範圍內假設可忽略，}

綜合以上所述，我們假設車子行進距離小於0.02

λ

^{時，其通道(包含大} 小與相位)沒有變化。因此，IIR 濾波器的時間常數

τ

(Time constant) 必須限制在行進距離0.02

λ

所經之行進時間內，根據上述之原則推導 車速與 IIR 濾波器衰減因子

α

₁^{的關係式如下：}

criterion : 0.02

v

資訊的配合，一旦通道估計不甚準確，重建的訊號有誤，扣除錯誤之 重建干擾訊號除了造成之後各層級無法有效消除來自其他用戶的干 擾訊號與領航訊號外，亦對本身訊號造成不可回復的破壞，如此惡性 循環之下，系統容量的提升有限。

圖 6.11 探討接收機移動速度之影響與通道估計效應。都普勒 頻率偏移和接收機的移動速度成正比，和通道的同調時間(Coherence time)成反比，即接收機移動速度愈快，通道變化愈快。模擬的結果 顯示，假設完美通道估計時，平行干擾消除多用戶偵測器能有效地消 除 MAI 的部分，提升系統容量。加入通道估計之後，通道估計誤差導 致無法確實重建干擾訊號的部分，因此平行干擾消除多用戶偵測技術 對系統效能的改善較小，尤以在雙路徑衰減通道下，接收機在高速的 移動速度(

v = 100 km hr /

)時，系統容量大幅降低的情況更為嚴重。我 們若假設理想的路徑選擇，意即將路徑的位置設為已知，此時，接收 機性能只有些微的改善，因此推論造成通道估計誤差的可能原因在於 通道估計結果無法及時反應通道衰減變化。

第七章

結論

本文對各類多用戶偵測技術做了概要性的介紹，其中最佳化作法 以及次佳化作法中的線性多用戶偵測器皆面臨運算量太大的困難，連 續干擾消除多用戶偵測器處理時間延遲會隨著用戶數目增加而漸至 不可忽略，因此在本文所提之

MC-CDMA

上鏈接收機架構下，我們 採用平行干擾消除多用戶偵測技術。在通道估計方面，我們傳送時域 之領航訊號去估計每位用戶的通道，增加了傳輸頻寬的使用率。

根據電腦模擬的結果，我們做出以下的結論：

MC-CDMA

系統與

CDMA

系統兩者接收機架構相同，此時，兩

系統單一用戶的接收機效能差異不大，此乃

MC-CDMA

系統可視 為一展頻碼為頻域展頻碼之

DS-CDMA

系統，假設傳輸頻寬、

SNR

、展頻碼特性在相同的比較點上，兩系統接收機的理論錯碼 率應一致。

通道匹配方式對多用戶偵測器效能的影響為

MRC

通道匹配方式 優於

EGC

通道匹配方式，其差異在

AWGN

通道下較顯著，在衰 減通道下兩者差異變小。

在理想通道估計假設下，平行干擾消除用戶偵測器有效消除來自

道估計結果相較，由於此方式對通道估計的精確度要求相當嚴 格，後者仍有相當大的改善空間。又隨著層級數的增加，接收機 效能改善的情況漸趨緩和，一般使用

2~3

級的處理即可。

通道估計的正確與否主宰了接收機效能的好壞，未來工作可針對 領航訊號的自相關特性加以改善，並加入適當的適應性訊號處理相關 演算法以提高通道估計的準確度。

參考文獻

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CDMA(DSSS)訊號同步的演算法...74 2.1整數部分頻率漂移估計(Integral frequency offset estimation)...77

2.1.1 小數部分頻率漂移正負判斷(決定方向旗標) ... 83

2.2小數部分頻率漂移估計(Fractional frequency offset estimation)...86

2.2.1 整數及小數部分頻率漂移估計錯誤修正... 87 Downlink OFDM-CDMA訊號同步的演算法...108 4.1 傳送端架構...108

4.1.1 下鏈傳輸環境 ... 110

4.2以領航訊號來達成Downlink OFDM-CDMA的同步... 111

4.2.1 整數部分頻率漂移估計 ...111 4.2.2 小數部分頻率漂移估計 ... 116 4.2.3 符元時序估計 ... 118

4.3以護衛間隔來達成Downlink OFDM-CDMA的同步...120

4.3.1 符元時序估計 ... 120 4.3.2 小數部分的頻率漂移估計 ... 121 4.3.3 整數部分的頻率漂移估計 ... 121

4.4電腦模擬(Downlink OFDM-CDMA)...122

4.4.1 模擬環境 ... 122

第五章...129 Uplink OFDM-CDMA訊號同步的演算法...129 5.1 傳送端架構...129

5.1.1 上鏈傳輸環境 ... 131

5.2以領航訊號來達成Uplink OFDM-CDMA的同步...132

5.2.1 整數部分頻率漂移估計 ... 133 5.2.2 小數部分頻率漂移估計 ... 134 5.2.3 符元時序估計 ... 135

5.3以護衛間隔來達成Uplink OFDM-CDMA的同步...136

5.3.1 符元時序估計 ... 137

5.4電腦模擬 (Uplink OFDM-CDMA)...139

5.4.1 模擬環境 ... 139 5.4.2 模擬結果與分析 ... 141

第六章...146 結論...146 參考書目...147

圖4.6 整數頻率漂移估計、決定方向旗標的架構圖... 114 圖4.7 小數頻率漂移估計架構圖... 117 圖4.8 符元時序估計架構圖... 118 圖4.9 通道脈衝響應圖例... 119 圖4.10 符元時序圖...120

圖4.6 整數頻率漂移估計、決定方向旗標的架構圖... 114 圖4.7 小數頻率漂移估計架構圖... 117 圖4.8 符元時序估計架構圖... 118 圖4.9 通道脈衝響應圖例... 119 圖4.10 符元時序圖...120

在文檔中 發展軟體無線電技術---智慧型天線系統/技術之研發---子計畫Ⅲ:以垂直正交分頻分碼多工調變為基礎之基地台接收機架構之設計(I) (電信科技合作案) (頁 47-152)