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CDMA系统中一种基于导频的自适应信道估计.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《CDMA系统中一种基于导频的自适应信道估计pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含 第卷第期 年月上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVolNo Feb 收稿日期:基金项目:国家自符等。

 第卷第期 年月上海交通大学学报JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYVolNo Feb 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(,)作者简介:李霄翔(),男,浙江嘉兴市人,硕士生,主要研究方向为无线通信信道模型、信道估计等何 晨(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel):Email:chenhesjtueducn  文章编号:()CDMA系统中一种基于导频的自适应信道估计李霄翔, 何 晨(上海交通大学电子工程系,上海)摘 要:提出了一种面向直接序列扩频(DSCDMA)通信系统的基于导频信号的自适应信道估计方法该方法在CDMA前向链路上采用计算效率高、易于实现的导频信号滤波器针对不同的移动信道环境,可以从事先计算得到的表中选出最优导频信号滤波器系数,以实现自适应信道估计仿真结果表明,采用了这种自适应信道估计方法的CDMA系统的误码率性能比非自适应系统有很大提高关键词:码分多址导频信道衰落多普勒频率信道估计中图分类号:TN   文献标识码:AAPilotAidedAdaptiveChannelEstimationSchemeforCDMASystemsLIXiaoxiang, HEChen(DeptofElectronicEng,ShanghaiJiaotongUniv,Shanghai,China)Abstract:TheestimationschemeforDSCDMAsystemsincludesacomputationallyefficientandeasilyimplementedpilotfilteronCDMAforwardchannelFordifferentmobilechannelenvironments,theoptimalcoefficientsofpilotfiltercanbeselectedfromprecalculatedtableofcoefficientstoimplementadaptivechannelestimationThesimulationresultsillustratethatCDMAsystemsusingtheproposedadaptivechannelestimationschemecanachievebetterBERperformancethannonadaptiveschemesKeywords:codedivisionmultipleaccess(CDMA)pilotchannelfadingDopplerfrequencychannelestimation  对于给定的无线频谱范围,扩频数字技术由于采用统一的频率复用可以获得高的频带效率,可提供更多的多址接入用户数基于直接序列扩频的宽带码分多址是第代蜂窝系统中的重要技术,由于链路的容量与单个用户所需的信噪比有关,因此所需信噪比较低的相关解调就比非相关解调更有吸引力为了在多径衰落信道中进行相关接收,需要准确的信道估计为此传播信道被建模成多径衰落模型,衰落速率随着载波频率和移动端速度的提高而增长而导频信道就可以在衰落信道上相关解调时提供相位和幅度参考采用导频信道作为衰落信道上解调的相位和幅度参考时,通常采用导频滤波器来获得参考相位和幅度在DSCDMA中,Rake求和之前采用一组低通滤波器来估计每个Rake指峰上的信道响应,一般接收器通常采用固定带宽的导频信号滤波器在前向信道上可以采用滑动窗平均和一阶IIR滤波器作为简单的实现方式~导频信道滤波器的带宽必须大于衰落频谱,也即超过最大多普勒频率fD如果太窄了,估计得到的信道响应就不能很好地跟踪信道实际的变化太宽了则导频信道的输出中会有多余的噪声分量对于给定的fD,最佳的导频滤波器可以通过维纳(Wiener)滤波理论得到但是这种方法在实际使用时由于fD的不断变化很难始终保持最佳本文根据不同的fD从预先计算好的最优滑动窗宽度M的表中选取合适的值,来对导频信号进行处理,实现自适应信道参数估计这种方法可以补偿由固定带宽导频滤波器引起的性能下降,同时又能较方便地实现而且计算复杂度不大 CDMA系统信道估计模型考虑直接序列扩频系统(DSCDMA)的信道估计假设采用QPSK调制,那么对于第k个用户,直接序列扩频后业务信道的符号序列为Xd(t)=Ec(k)nxn(k)h(tnTc)a(I)n(k)cos(Πft)a(Q)n(k)sin(Πft)()式中:Ec(k)为第k个用户的码片能量xn(k)为第k个用户在第n个码片中的二进制输入,其值取Tc为码片周期h(t)为波形滤波器的冲击响应a(I)n(k)和a(Q)n(k)分别为I和Q信道的数据扩频序列f为载波频率基站使用导频信道为所有的用户提供基准导频信道不传送任何信息,始终是,可以表示为Xp(t)=AEc(k)nh(tnTc)b(I)ncos(Πft)b(Q)nsin(Πft)()式中:A为导频增益b(I)n、b(Q)n分别为I和Q信道的导频扩频序列,与a(I)n(k)和a(Q)n(k)相互正交,扩频序列长度均为lc单用户环境如图所示图 单用户环境导频辅助调制框图Fig Pilotaidedmodulationforsingleuser  经过衰落信道后接收到的信号可以表示为S(t)=EcnlAb(I)n    xn(l)b(I)na(I)n(l)h(tnTc)  ΑlcosΠf(tl)<lAb(Q)n  xn(l)b(Q)na(Q)n(l)h(tnTc)  ΑlsinΠf(tl)<ln(t)()式中:Αl、l、<l分别为第l条传播路径上的幅度衰减、时延、相位误差n(t)为加性高斯白噪声,其方差为Ρ对数据序列乘上导频扩频序列是为了标识特定的基站这里假设信道只有单条衰落路径,接收端采用匹配滤波器并且没有定时错误则最终经过导频解扩后的I、Q信道上信号可以分别表示为y(I)p(n)=EcAxn(l)a(I)n(l)Αcos<EcAb(I)nb(Q)nxn(l)a(Q)n(l)b(I)nb(Q)nΑsin<n(I)(n)y(Q)p(n)= EcAb(I)nb(Q)nxn(l)a(I)n(l)b(I)nb(Q)nΑcos< EcAxn(l)a(Q)n(l)Αsin<n(Q)(n)()式中,n(I)(n)和n(Q)(n)为相应信道上的高斯白噪声这里假设信道参数Α、<在符号周期TB内保持不变为了表达方便,记yp(n)=y(I)p(n)jy(Q)p(n)()  信道估计就是要对yp(n)在符号速率上进行处理对信道的估计和数据解扩在Rake接收机内同时进行在每个符号周期内,将信道估计值和解扩以后的数据相乘,来进行最大比例合并(MaximumRatioCombining)事实上,可以在最大比例合并之前将信道估计值和解扩后的数据延迟几个符号周期,在这段时间内对信道估计值进行平滑 信道估计的滑动平均信道估计的滑动平均就是用滑动窗对M个符号周期(lcM个码片周期)内的导频解扩后信号yp(n)进行平滑,并作为信道估计值提供给Rake接收机第m个符号周期内的信道估计值可表示为yθMp(m)=EcAlcMMs=lcn=yp,ms(n)=EcAlcM  Ms=EcAlc(Αmscos <msjΑmssin <ms)  EcAlcMMs=lcn=n(I)ms(n)jn(Q)ms(n)=  Αυmcos<~mjΑυmsin<~mn′(I)mjn′(Q)m() 第期李霄翔,等:CDMA系统中一种基于导频的自适应信道估计式中:yp,ms(n)为yp(n)在第ms个符号周期内的值Αms,<ms为第ms个符号周期内的信道参数n(I)ms(n),n(Q)ms(n)为相应的高斯白噪声引入M个符号周期上对导频信号平滑获得的抑制噪声的增益,可以通过计算yp(n)在单个符号周期内进行的信道估计SNRch和式()的信噪比SNRch,M后得:SNRch=EcAΑΡölcSNRch,M=ΑΡö(EcAlcM)SNRch,MSNRch=M()由于导频信号不通过数据流加以调制,故信道估计滤波器的阶数M可以尽可能长,获得的抑制噪声的增益也就越大但是M也不能过大,过大的M不能反映信道的变化,也就是当M增大时,滑动窗滤波器的带宽也相应变小,而对导频信号滤波器的要求是它的带宽必须大于多普勒频率fD所以,对于信道估计滑动滤波器阶数M的选取就存在一个优化问题 导频信号滑动平均滤波器最佳阶数  可以通过最小均方差原理来获得相应移动端速度范围下的最佳滑动滤波器的阶数M信道估计的误差函数为F(M)=E‖yθMp(m)Β(mdt)‖()式中:Β(m)=Αmcos<mjΑmsin<mdt为导频信号滤波器的群延迟,对于长度为M的滑动窗滤波器,dt=Mû û表示向下取整由于Β(m)的频谱可以表示为SΒ(f)=ΡΒΠfDf自相关函数表示为RΒ(Σ)=ΡΒJ(ΠfDΣ)其中:ΡΒ为Β(m)的方差J为零阶的一类贝赛尔函数则式()可以写为minMF(M)=E‖yθMp(m)Β(mdt)‖   klp(k)p(l)J(Π(kl)fDTb)   J()NlcEcΡΒkp(k)   kp(k)J(Π(kdt)fDTb)()式中:p(n)为滑动窗导频信号滤波器的冲击响应N为一个符号周期内噪声的功率谱密度假定阶数M为的幂函数,即M=n这样对于给定的移动端速度的范围,也就是给定的fD范围,最优的M可以通过计算和比较各个F(M)的值得到这些针对不同fD范围的最优滑动平均滤波器长度M可以存放在表中,然后根据如图所示的框图,自适应调整阶数M图 DSCDMA中基于滑动平均的自适应信道估计Fig MovingaverageadaptivechannelestimationinDSCDMA 仿真结果将提出的基于滑动平均的信道估计应用于DSCDMA系统前向信道中进行仿真,符号速率TB=symbolös,f=GHz,扩频增益lc=为仿真简单起见,这里考虑一个用户信道和一个导频信道的情况,并且假设信道是单条传播路径的,采用Joke’s模型来产生Rayleigh衰落的信道在此基础上进行了一系列MonteCarlo仿真移动端速度范围划分成个区:{,),,),,),,),,)}kmöh相应滑动窗的最佳长度分别为{,,,,}图给出了在不同fD时选用不同M情况下,系统的误码率性能图 不同fD与M时的误码率性能Fig BERperformanceatdifferentfDandM  由图可见,当移动端速度较小,如fD=Hz(kmöh)时,采用M=的滑动平均对导频信    上 海 交 通 大 学 学 报第卷 号进行处理与M=相比可以获得更低的误码率当速度较大,如fD=Hz(kmöh)时,进行M=滑动平均反而可以获得更好的信道估计这是由于当fD较小时,信道变化缓慢,可以采用较大的M对导频信号进行平滑,提高信道估计的精度然而当fD较大时,信道变化快,如再采用大的M对导频信号进行平滑将无法跟踪信道的即时变化,引起系统性能下降 结 语提出了一个基于对导频信号进行滑动平均的CDMA系统的自适应信道估计方案,其计算效率高且易于实现仿真结果表明,在DSCDMA前向链路中采用这个方案进行信道估计,在同样的仿真环境下,可以获得比基于导频信号的非自适应信道估计更低的误码率参考文献: ProakisJGDigitalcommunicationsMrdedNewYork:McGrawHill,Inc, ViterbiACDMA扩频通信原理M李世鹤,鲍 刚,彭 容译北京:人民邮电出版社, HyukJO,CioffiJMAnadaptivechannelestimationschemeforDSCDMAsystemsAIEEEFallVTCCBoston:IEEEVTS, CaversJKAnanalysisofpilotsymbolassistedmodulationforRayleighfadingchannels(mobileradio)JIEEETransactionsonVehicularTechnology,,(): ChenG,YuXH,WangJAdaptivechannelestimationanddedicatedpilotpoweradjustmentbasedonthefadingratemeasurementforapilotaidedCDMAsystemJIEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,,(): JakesWCMicrowavemobilecommunicationMNewYork:Wiley,(上接第页)参考文献: 张贤达,保 铮通信信号处理M北京:国防工业出版社, SandhuS,HeathS,PaulrajASpacetimeblockcodesversusspacetimetrelliscodesJIEEEInternationalConferenceonCommunications,,: AlamoutiSAsimpletransmitdiversitytechniqueforwirelesscommunicationsJIEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,,: NaguibAF,SeshadriN,CalderbankARIncreasingdatarateoverwirelesschannelsJIEEESignalProcessingMagazine,,(): OrmeciP,XuetingLiu,GoeckelDL,etalAdaptivebitinterleavedcodedmodulationJIEEETransactionsonCommunications,,:下期发表论文摘要预报中国证券投资基金风格分类杨朝军, 蔡明超, 徐慧泉(上海交通大学安泰管理学院,上海)摘 要:差异化战略以及特定资产类别的超额收益促使投资基金在募集时就约定投资风格,但投资基金有可能在实际的运作过程中违背事先约定的投资风格据此,在投资风格分类中引入了聚类分析方法,并同时采用晨星风格箱方法和聚类分析方法对中国证券投资基金的风格进行了分析结果表明,大多数基金违背了募集说明书中约定的风格 第期李霄翔,等:CDMA系统中一种基于导频的自适应信道估计

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