用於分碼多工系統之盲蔽使用者偵測技術

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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用於分碼多工系統之盲蔽使用者偵測技術

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計畫類別：□個別型計畫　　□整合型計畫

計畫編號：

NSC 89-2213-E-009-084

執行期間：　88 年 8 月 1 日 至　89 年 7 月 31 日

計畫主持人：李大嵩

交通大學電信系

教授

計畫參與人員：何從廉 邱鈺書 趙炫勛 陳智源 張智偉

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

用於分碼多工系統盲蔽使用者偵測技術

Blind Multiuser Detection for CDMA Systems

計畫編號：NSC 89-2213-E-009-084

執行期限：88 年 8 月 1 日至 89 年 7 月 31 日

主持人：李大嵩

交通大學電信系

教授

計畫參與人員：何從廉 邱鈺書 趙炫勛 陳智源 張智偉

一、中文摘要 在本報告中，吾人提出了一種應用於分區 分碼多工系統之波-時接收器，此架構概分為兩 階段，首先由一組波束-相關器配對組成之空-時信號處理器，消除訊號發生之預期空間區域 及時間延遲範圍外之強干擾，並有效的接收該 預期空-時區域範圍內之訊號。然後經空-時信 號處理後資料，再藉由最佳化訊號雜訊比方 式，建設性收集所有多重路徑的訊號。本接收 器本質為盲蔽式，並不需要訓練訊號，唯一需 要只是訊號特徵碼，時序，及簡略入射角估 測。 關鍵詞：分碼多工系統、陣列天線、干擾消除、 波束形成 Abstract

In the report, we proposed a beamspace-time (BT) receiver for interference suppression and multipath diversity reception in sectored wireless CDMA communication. The scheme involves two stages. First, a set of adaptive space-time diversity processors, in the form of beamformer-correlator pairs, is constructed which provides effective suppression of unwanted interference and reception of signals from a prescribed space-time region. Second, the output data obtained by these processors are maximum ratio combined to capture the signal multipath components coherently. The proposed BT receiver is blind in that no training signal is required. The only information required is the signature sequence, timing and a rough estimate of the angle of arrival (AOA) of the signal for selecting the sector of interest.

Keywords: CDMA, Antenna array, Interference

二、計畫緣由與目的 共通道干擾、多重路徑衰減和雜訊為分碼 多工系統主要限制因素。共通道干擾會造成近 遠效應，多重路徑衰減會引起符際干擾。為 此，許多先進信號處理都在對抗這些問題，傳 統耙狀接收器為一維時域的等化器，只能應付 多重路徑衰減，不具干擾消除能力。在配合陣 列天線的使用後，耙狀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，同時對共通道干擾有更佳的壓抑效 果。目前，空-時耙狀接收器技術可分為兩類， 即需訓練訊號者與不需者。使用訓練訊號為較 容易的途徑，但較無頻寬效率，另一種則為尚 待探討之盲蔽式偵測技術。 盲蔽式空-時二維接收器初期的研究方 法，多經固定係數式相關器解展頻後，再透過 特徵向量分解方式，求得通道參數。這種方式 簡單易實現，但並未充分利用現有時間自由 度，無法對抗強干擾。另一種方式則直接在取 樣切片作信號處理，可視為一種適應性匹配濾 波器，同時對訊號解展頻和作干擾消除工作。 最常見有最小輸出能量接收器，其源引至陣列 信號處理之旁波消除架構如(圖一)，藉鎖定訊 號固定輸出功率，讓總輸出功率降到最小，來 達到干擾消除目的。但此盲蔽式接收器常會因 訊號不匹配，導致訊號會自我消除，另外因直 　　研究方法 吾人所提出之應用於多碼分工通信系統之 盲蔽式波-時接收器其研究方法如下: 1. 將整個接收空間，區分成幾個扇形工作 區域，先發展出一個簡略的訊號入射角 估測技術，決定訊號所在的工作區，再 利用一組適應性分集波束來涵蓋該工作 區域，提高接收訊號雜訊比，並有效抑 制非工作區之強干擾。 2. 估測出訊號所在的工作區與多重路徑時 間延遲範圍後，再依下列程序進行接 收，首先以一組波束-相關器配對所組成 之空-時分集處理器，其空間處理在消除 工作區外之強干擾，增強工作區內訊 號，而時間的處理在消除工作區內及剩 餘的干擾，處理的模式類似旁波消除架 構，將固定的輸出功率指向不同的入射 角和路徑延遲，但為避免訊號自我消 除，做了些許修正。最後處理器處理完 後的資料，剩下分別對應到不同的入射 角度及時間延遲的多重路徑訊號，再經 訊號雜訊比最佳化原則，進行建設性接 收，接收器如(圖二)所示。 成果: 在本計畫完成下列工作： 1. 在無線通訊中，吾人使用扇形分區波-時 盲蔽式接收器，適用於多碼分工通訊系 統，對於工作區域外時變或非時變之強

間做區段處理，可有效提高系統容量。 3. 為了使接收器更實際，更能適用於現有 的多碼分工通訊系統，能作及時運算處 理，本接收訊號更發展出交互性替迴運 算，以及部分適應性參數選擇之法則， 盡量降低運算複雜度，卻不犧牲接收器 接收品質。 上述盲蔽式使用者接收器研究成果，配合 未來寬頻多碼分工系統，採用陣列天線的結 果，必然能大大提高現有系統通訊通道的容 量。 四、結論與討論 本報告中，吾人使用不同的模擬結果來呈 現所提出的盲蔽式接收器的效能與特性。(圖三) 為系統容量模擬，(圖四)為近遠效應模擬，皆 證明本接收器在多用戶、強干擾的環境下，優 於其他接收器，這表示內含之波束-相關器能 有效的做干擾消除。(圖五)為工作區段內一組 波束輸出功率空間式樣圖，不論對應於不同的 時間延遲，顯示皆可消除時變的窄頻干擾。最 後是(圖六)收斂模擬，如圖所示在不犧牲太大 的接收品質下，利用選擇部分適應性參數法 則，能有效增進收斂速度。 總結本接收器為一個盲蔽式波-時接收 器，採用波束信號處理以增加訊號雜訊比，又 可同時消除干擾，另藉由扇形分區達到系統容 量增加，由模擬結果顯示，本接收器在多用戶 強干擾下表現尤為突出。 五、參考文獻

[1] H. Liu and M. D. Zoltowski, “ Blind

equalization in an antenna array CDMA systems,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 45, pp. 161-172, Jan. 1997.

[2] A. F. Nauib and A. Paulraj, “ Performance of wireless CDMA with M-ary orthogonal modulation and cell cite antenna array,” IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 14, pp.1770-1783, Dec. 1996.

[3] X. Berstein and A. M. Hamovich, “ Space-time optimum combining for CDMA communications,” Wireless Personal Commun., vol. 3, pp. 73-89, 1996

[4] U. Madhow and M. Honig, “ MMSE interference suppression for direct-sequence spread-spectrum CDMA,” IEEE Trans. Commun. vol. 42, pp. 3178-3188 Dec. 1994. [5] B. D. Van Veen and K. M. Buckley,

“ Beamforming: a versatile approach to spatial filtering, “ IEEE ASSP Magazine, pp.4-24, Apr. 1988.

[6] T. S. Lee and Z. S. Lee, “ A sectorized beamspace adaptive diversity combiner for multipath environments,” IEEE Trans. Veh. Tecnol. Vol. 48, pp. 1503-1510, Sept. 1999.

六、圖表

圖三：系統容量評估圖在 (a) NFR=0dB 和 (b) NFR=20dB

圖四：近遠效應評估圖在 (a) Q=5 和 (b) Q=25 用戶