行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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用於多載波分碼多重進接系統之
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空時多用戶接收器
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計畫類別：□個別型計畫
□整合型計畫
計畫編號：
NSC 90-2213-E-009-071
執行期間：
90 年 8 月 1 日 至
91 年 7 月 31 日
計畫主持人： 李大嵩 教授 交通大學電信工程系
計畫參與人員：鄧俊宏 林高洲 陳慶鴻 吳智聖
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立交通大學電信工程系
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國 91 年 8 月 6 日
用於多載波分碼多重進接系統之空時多用戶接收器
Space-Time Multi-user Receiver for MC-CDMA Systems
計畫編號：NSC 90-2213-E-009-071
執行期限：90 年 8 月 1 日至 91 年 7 月 31 日
主持人：李大嵩 教授 交通大學電信系
計畫參與人員：鄧俊宏 林高洲 陳慶鴻 吳智聖
一、中文摘要 在本報告中，吾人提出一種基於空時遞迴 處理之多載波分碼多重進接接收器，具有可以 消除多用戶干擾與抑制重疊系統窄頻帶干擾 等能力。其架構概分為三階段：首先，藉由一 組適應性匹配濾波器構成之空-時訊號處理器 消除強干擾，並有效接收不同延遲之多路徑訊 號。其次，將經空-時訊號處理後的資料，藉由 訓練訊號與訊號之特徵碼等，達成建設性多路 徑訊號之收集與目標訊號之重建。最後，藉由 訊號之重建及消去技巧，重新啟動空時訊號處 理器，如此將能更有效去除干擾源，而能達到 接近最大化訊號雜訊比接收器之性能。 關鍵詞：多載波分碼多重進接系統、陣列天 線、干擾消除 Abstr actIn this report, we proposed an iterative space-time (ST) receiver for multiple access interference (MAI) and narrowband interference (NBI) suppression and multipath diversity reception in wireless multi-carrier CDMA communications incorporating antenna arrays. The scheme involves three stages. First, a set of adaptive space-time diversity processors, in the form of adaptive matched filter pairs, is constructed which provides effective suppression of unwanted interference and reception of multipath signals with different time delays. Second, with the output data obtained by these processors, signal reconstruction and channel estimation are accomplished by exploiting pilot symbols, decision-directed symbols and the signal’s signature. Finally, a decision-directed RAKE receiver gives the estimate of the signal, which is then subtracted from the data sent to the next stage. The proposed receiver can achieve nearly the same performance of the optimal maximum SINR (MSINR) receiver.
Keywor ds: Multi-carrier CDMA, Antenna array,
Interference cancellation
二、計畫緣由與目的
(MAI)、重疊系統之窄頻帶干擾(NBI)、多重路 徑衰減和雜訊等常會影響通訊品質並降低系 統的容量。為此，許多先進訊號處理技巧已被 發展出來應付這些問題。吾人引用多載波分碼 多重進接系統，可以有效克制多路徑效應所伴 隨的符際干擾，且在配合陣列天線的使用後， 接收器即成為二維的空-時結構，對多路徑訊號 具有空間及時間的鑑別能力，同時對所有干擾 源有更佳的壓抑效果，可進而有效地提高系統 效能。 傳統接收器中常用的干擾消除法為序列 干擾消除法(SIC)或平行干擾消除法(PIC)。前 者之主要概念為：接收機利用匹配濾波器先偵 測出訊號最強的使用者，然後將之偵測出來， 再進行次強使用者的偵測。如此接續下去，便 能夠將所有使用者的訊號有效地偵測出來。而 平行干擾消除法則是同時對所有使用者作偵 測，藉由將其他使用者的干擾訊號除去，而得 到目標使用者訊號的最佳估計。上述兩種方式 簡單易實現，但並未充分利用現有的自由度有 效對抗窄頻帶之強干擾源。為了提昇接收器之 效能，吾人提出遞迴干擾消除架構以得到較佳 之干擾消除。並利用一組適應性匹配濾波器， 同時對取樣訊號解展頻和做干擾消除工作。常 見 的 適 應 性 濾 波 器 有 最 小 輸 出 能 量 接 收 器 (LCMV) ， 源至陣列訊號處理之旁波瓣消除 (GSC)架構如(圖一)，藉鎖定訊號固定輸出功 率，使總輸出功率達到最小，來達到干擾消除 目的。但此接收器常會因訊號不匹配，導致訊 號自我消除而影響性能。為此，吾人引入訊號 扣除法，可明顯改善上述問題，並有效提昇系 統效能。 三、研究方法 吾人所提出之空時遞迴處理多載波分 碼多重進接接收器，其研究方法如下: 1. 首先，在多載波分碼多重進接系統，發 射端第k個用戶發射之第i個訊號為： 2. 發射訊號經過多路徑衰減與多用戶干擾 與窄頻帶干擾之後，吾人可得到去除 Guard 區間後之數位接收資料： 3. 接著，在接收端執行 FFT，可得空時接 收資料為： 此時，將 post-FFT 接收資料(M 個載波 與 Q 個天線)以矩陣表示為: 4. 之後，經由一組適應性匹配濾波器組成 之空時訊號處理器處理空時聯結向量訊 號： 其中，等效空時特徵向量為： 而等效空時通道增益為: 此時，匹配濾波器即利用其空時自由 1 1, 1, 1, 1 1 ( ) [ (0), (1), , ( 1)] ( ) ( ) ( ) ( ) i i i L T l l l l i M d i i i α θ = = − =
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5, pp. 4-24, Apr. 1988.
[3] S. Moshavi, “ Multi-user detection for DS-CDMA communications,”IEEE Comm-unications Magazine, vol. 35, pp. 124-135, Oct. 1996.
[4] X. Bernstein and A. M. Haimovich, “ Space-time optimum combining for
CDMA communications, “ Wireless
Personal Communications, vol. 3, pp. 73-89, 1996. 六、圖表 圖一：旁波瓣消除架構 圖三：在 NFR=10dB 及 NSR=10dB 下之系統容量評估圖 圖四：在 10 MAI 及 1 NBI 下之近遠效應評估圖 圖五：遞迴次數收斂評估圖 Remove Guard Time and FFT ) (t x ( )i x% ( 1) ( ) j i + x% Decision • • • Slave MF Bank Copy Weights • • • RAKE ( ) 1, , j l q w ( ) 1 ˆj h ( ) 1 ˆ ( )j d i ⊗ ( ) 1 ˆ ( )j i s Signal Reconstruction ⊕ + _ ( ) 1 ˆj â Master MF Bank ( ) 1 ˆ ( )j i s Signal Subtraction Channel Vector Estimation 12 1 QL • • • 1 QL
