空时编码系统中盲多用户检测方法的研究

空时编码系统中盲多用户检测方法的研究　李艳萍赵菊敏王华奎　（太原理工大学信息工程学院信息与通信工程系，太原０３００２４）　Ｅ—ｍａｉｌ：ｔｙｌｉｙａｎｐｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ　摘要　文章将空时编码和盲多用户检测相结合，提出了一种适合下行链路的接收机。该方法可以在克服信道衰落的同　时抑制多址干扰，在下行链路的接收方只需进行简单解码和盲多用户检测就可以获得同采用多天线接收相同的效果，具　有较好的跟踪能力。且采用级联处理，计算量小。Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ仿真结果证明了其有效性。　关键词　盲多用户检测　空时分组编码方法（ＳＴＢＣ）　移动台（ＭＳ）　文章编号１００２—８３３１一（２００６）２４—０１３５—０３　文献标识码Ａ　中图分类号ＴＮ９１１．２３　Ｂｌｉｎｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｓｐａｃｅ。－－ｔｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｄｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｉ　Ｙａｎｐｉｎｇ　Ｚｈａｏ　Ｊｕｍｉｎ　Ｗａｎｇ　Ｈｕａｋｕｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｆｏｒ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｏｆ　ＣＤＭＡ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　Ｓｐａｃｅ一　Ｆｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｄｅ（ＳＴＢＣ）ｗｉｔｈ　ｂｌｉｎｄ　Ｍｕｌｔｉ—Ｕｓｅｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＭＵＤ），ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｓｕｐｐｒｅｓｓ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｄｄｒｅｓｓ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＭＡＩ）ａｎｄ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｆａｄｉｎｇ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｗａｙ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｏｆ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｏｎｌｙ　ｅｎｃｏｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｓｉｇｎａｌｓ　ａｎｄ　ｄｅｃｉｄｉｎｇ　ｔｈｅｍ　ｂｙ　ｂｌｉｎｄ　ｍｕｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｂｅｉｎｇ　ａ　ｃａｓｃａｄｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ｕｎｄｅｒｔａｋｅｎ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｗａｙ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｌｉｎｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｕｓｅｒ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＭＵＤ），Ｓｐａｃｅ—Ｔｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｄｅ（ＳＴＢＣ），Ｍｏｂｌｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ（ＭＳ）　１　引言　空时分组编码方法（ＳＴＢＣ，Ｓｐａｃｅ—Ｔｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｄｅｓ）技术　通过在不同的天线上发射包含同样信息的信号从而达到空间　分集的效果。其译码由于正交设计使得最大似然译码的复杂度　大大降低，而且仍能得到最大的发送分集ｌｌｌ。盲多用户检测是只　使用观测数据，不需要训练序列的自适应多用户检测方法［２１。　本文将空时码和盲多用户检测相结合，提出了一种适合下　行链路的接收机，与Ａｌａｍｏｕｔｉ提出的ＳＴＢＣ结构相比【引，其对接　收到的信号先进行了去多址干扰的盲多用户检测，且由于采用　发送分集。已将多天线接收的负担由移动（ＭＳ）方移到了基站　（ＢＳ）方：与将自适应多用户检测和空时码结合进行联合处理　的文献相比，文献［４】使用训练序列，开始较好，但当系统用户数　增多时跟踪性能急剧下降．而本文方法则具有较好的跟踪能　力　现有大量的空时编码方法［　。但将盲多用户检测和空时码　结合的文章不多。　图１　基于ＳＴＢＣ的盲多用户检测器原！理图　衰落。用户　的两组数据｛６　，６：　），｛一６　，６：　）经过用户　的　扩频码扩频后分别由天线１和天线２发送，假定用户１为期望　用户，扩频码和发送的数据都为实值，ＭＳ方对接收到的信号　按码片速率采样生成Ｇｘｌ维向量【ｌｌ】，连续符号周期内接收到的　离散表达式为：　２系统模型　基于ＳＴＢＣ的盲多用户检测器原理图（　表示复共轭）如图　１所示。　…。　　根据Ａｌａｍｏｕｔｉ提出的ＳＴＢＣ编码方案，ＢＳ采用两天线发　射．ＭＳ采用单天线接收，小区中激活的用户共有　个，采用　＝　ＢＰＳＫ调制方式。扩频增益为Ｇ．假设下行链路的信道为平坦慢　基金项目：山西省自然科学基金资助项目（编号：２００４１０４４）　≯　］　作者简介：李艳萍（１９６３一），太原理工大学信息与通信工程系副教授，博士生，研究方向为多用户检测。赵菊敏（１９７６－），太原理工大学信息与通信　工程系讲师，博士生，研究方向为盲均衡。王华奎（１９４６一），太原理工大学信息与通信工程系教授，博士生导师，研究方向为移动通信。　计算机工程与应用２００６．２４　１３５　维普资讯 http://www.cqvip.com

　ｌ１　０　…０　Ｓ１２　Ｓ１１　：　１　０　０　Ａ１＝Ｓ１ｈ１＝Ｉ　ｓ１ｃ　Ｓ１Ｇ＿１　Ｓ１１　（３）　０　１ｃ　０　１２　０　０　Ｓ１Ｇ　２１　０　０　；　￥２２　８２１　：　；　１　０　Ｂ１＝Ｓ　２＝ｌ　ｓ　（４）　０　８２６　Ｏ　０　０　…　其中，　表示接收到的第ｋ个用户信号功率。Ａ　和Ｂ　由式　（３）和式（４）确定，Ａ　和Ｂ　的定义类同于Ａ　和Ｂ１，ｈ１＝　…，　１　，　ｈ２＝［ｈ　一，　Ｔ　ｈ１　和ｈ　为两个发射天线各自第ｌ径的信道衰　落系数，由ＢＳ和ＭＳ之间的空时域信道响应唯一确定。本文假　设在一组发射数据期间信道参数基本不变，且不同的信道衰落　系数独立。Ｓ　和Ｓ　分别由第１个用户不同路径的归一化扩频　码组成，当同一用户的两天线使用相同扩频码时，Ｓ　和　相　等。　和６　＋１和ｂ　和６　“∈卜１，１｝分别为第　个和第１个用户　在不同时刻的信息位，帆和　＋　为在不同时刻的噪声矢量，具　有零均值和方差　。当小区半径较小时，可以认为期望信号的　能量主要集中在Ａ１和Ｂ１中。为了在下文中表示方便，将接收　的信号ｙ（　）表示为以下形式　（２ｉ）和ｘ（２ｉ＋１）的共轭形式，令：　，　ｘ（　２ｉ）２，］＿　］＋［　ｚ　ｂ卜２ｉ　＋１　㈤　．　其中：　＝［　０　ｊ　ｌ　ｈ　ｉ。］§　＝［：ｓ　￥。２　ｊ　ｌ　ｈ　ｉ　］　（６）　和ｓ　的定义类同于ｓ”和ｓｍ按照指数加权最小二乘准　则来设计接收机，只要满足Ｓ　Ｃ　＝　和ｓ　１　＝　，理论上完全　可以抑制期望用户的多址干扰和多径干扰。　３接收机的设计　利用两条传播支路的信息，能够达到较好的分集效果。定　义权Ｃ　和Ｃ２（分别为ＧｘＬ维矩阵）使用线性约束指数加权最　小二乘准则：　ｃ＝［Ｃ】，ｃ２］＝ａ　ｍｉｎ　　Ｉ㈣　ａｒ　ｍｉｎ　ｒ（　（　（７）　约束项：ｃＴｓ　＝　ｃ２ｓ２＝／￣　（８）　１３６　２００６．２４计算机工程与应用　其中，Ａ是遗忘因子，　（ｎ）＝∑Ａ　（　）ｙ（　）　，解等式（７）和　＝１　等式（８）可得：　ｃ１＝　（　）ｓ１（ｓ　‘　（　）ｓ１）　（９）　（　）ｓ　（ｓ　（　）ｓ　）　（１０）　其中：　ｃ１＝［ｃｌｌ’Ａ，ｃｕ】，Ｃ２＝［ｃ２１，Ａ，ｃ　ｃ　表示用户１第ｉ个天线第２径的权值。通过盲多用户　检测后，用户１第２径的输出可以表示为：　Ｈ　—Ｈ　１　Ｈ　１　（２　）＝ｃ１ｚ　（２　）＝、／Ｐｌ（ｃ１ｚｓ¨ｈ１ｚ６２　＋ｅｌｌ￥　ｈ　６２　）　五＝　、／Ｐｌ（　１ｚｂ　２　＋　ｂ２　“）＋　】　（１　１）　（２ｉ＋１）：ｃ　（２　Ｈ　＋１）＝、／尸ｌ（－Ｃ２—Ｈ　１８１ｚｈ１ｚ６２１　ｉ＋１＋ｃ　ｓ２／／　Ｉｈ６１　）＋　２　＝　２、／Ｐｌ（－ｈ¨ｂ　２　１＋　ｂ　）＋　１　（１２）　其中，　和　分别表示包含用户第２径各自加权处理后　的多址干扰和噪声。　如前所述，经盲多用户检测器后的输出信号已经很大程度　地抑制了多址干扰，且已估计出了两条信道的响应系数，最后　进行空时解码。利用等式（１１）和（１２）可得用户１第ｌ径的输　出，用矩阵形式可以表示为：　，　＝　，＝　毫　，　，　其中，Ｈ１　满足以下属性：　日　＝［：：一　：］Ｈ［：：　］：［　］＝　（　２　２　２＋　），２　（１４）　利用这一特性，可以得到空时编码的简单解码方法：　ｃ　，＝［　：　，］＝日：　ｃ　，＝　［：　：　，］＝　㈤＝　，　（　２　２）　Ｈ　）　【６２ｆ＋１　Ｊ　其中：　，　】　叼（　）这一项包括了白噪声和多址干扰，因为在前面的盲多　用户检测中已经抵消了绝大部分多址干扰，故忽略　（　）中的自　相关部分。最后，接收机进行多径合并，接收信号经过空时解码　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ（２ｉ）　ｇｎ　（２　）＝　２（２ｉ）　：　ｌ　６　＋　（２　）＝　ｇ６　＋　（２０（１６）　￡（２ｉ）　ｌ（２ｉ＋１）　，（２ｉ＋１）＝　（２ｉ＋１）　＝　＋。＋　（２　１）　（１７）　（２ｉ＋１）　其中：　（２　）＝日：　（２　），　（２　１）＝Ｈ／ｌ／ｆｒｈ（２ｉ＋１）　ｇ＝　“，ｇａ】，（　＝１，２）　＝　＋　，（　＝１，２）　对各支路进行最大比合并可得：　￡（２ｉ）＝ｇ＂ｚ（２ｉ）　（１８）　ｉ（２ｉ＋１）＝ｇＨｚ（２ｉ＋１）　（１９）　对由式（１８）和式（１９）所得信号进行符号判决，可知原始发　送的数据为：　ｂ￣＝ｓｉｇｎ［Ｒｅ（￣（２ｉ））】　（２０）　６　＋ｌ＝ｓｉｇｎ［Ｒｅ（￣（２ｉ＋１））】　（２１）　５计算机仿真　考虑ＣＤＭＡ下行链路，采用Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ方法进行仿真，　主要仿真参数为：发射天线数目为２，接收天线数目为１．扩　频码为３１位ＧＯＬＤ码．多径数为３。两天线的发射信道均假定　为瑞利衰落、高斯白噪声信道，期望用户与干扰用户的路径增　益均采用相同随机数产生，噪声方差为０．１，遗忘因子Ａ＝Ｏ．９９８。　仿真图中结合空时编码的盲多用户检测器简称为　ＳＴＢＣＢＭＵＤ；结合空时编码而未用盲多用户检测器简称为有　ＳＴＢＣＮＢＭＵＤ；未结合空时编码的盲多用户检测器简称为无　ＮＳＴＢＣＢＭＵＤ；结合ＲＡＫＥ技术和Ｒ【ｓ的盲多用户检测算法称　为ＲＡＫＥＲ【ｓ翻。在同一信道环境下的仿真结果如图２所示。　图２显示了ＳＴＢＣＢＭＵＤ系统中用户数不同时的信干比。　对１０次取平均，迭代３　０００次，系统中开始有１０个干扰用户，　迭代至１　５００次时．增加了５个干扰用户．所有干扰用户的干　扰强度为ｌＯｌｏｇ　ｏ∽　／Ａ　）＝１７ｄＢ。　从图２可以看出：当有较多干扰用户加入时，其在很短的　时间里就恢复到干扰加入前的状态，具有较强的自适应跟踪能　力，且ＳＩＲ性能比ＲＡＫＥＲＬＳ算法高３ｄＢ以上。　图３比较了空时编码系统中接收方采用和不采用盲多用　户检测时的误码率，干扰用户数为５，干扰强度为１７ｄＢ，从图　中可以看出，对接收方进行盲多用户检测后，系统的误码率明　显降低。　６结束语　本文将盲多用户检测与发射分集相结合，提出了一种适用　于多径频率选择性衰落信道的盲多用户检测方法，在下行链路　的接收方只需进行简单解码和盲多用户检测就可以获得同采　图２时变环境下算法的跟踪性能　图３　有无结合ＢＭＵＤ的ＳＴＢＣ系统误码率的比较　用多天线接收相同的效果。仿真结果也证明了在下行链路中将　盲多用户检测和空时编码结合是一种可行而有效的方法。　（收稿日期：２００６年５月）　参考文献　１．Ｖａｈｉｄ　Ｔａｒｏｋｈ，Ｈａｍｉｄ　Ｊａｆａｒｋｈａｎ，Ａ　Ｒ　Ｃａｌｄｅｒｂａｎｋ．Ｓ：ｐａｃｅ—Ｔｉｍｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃｏｄｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｄｅｓｉｄｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｅｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ，１９９９；４５（５）　２．Ｄ　Ｒｅｙｎｏｌｄｓ，Ｘ　Ｗａｎｇ，Ｈ　Ｖｉｎｃｅｎｔ　Ｐｏｏｒ．Ｂｌｉｎｄ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ　ｍｕｈｉｕｓｅｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　ａｎｄ　ｒＥｃｅｉｖｅｒ　ａｎｔｅｎｎａｓ［Ｊ［．　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００２；５６（６）：１２６１－１２７６　３．Ｓｉａｖａｓｈ　Ｍ　Ａｌａｍｏｕｔｉ．Ａ　Ｓｉｍｐｌｙ　Ｔｒａｎｓｍｉｔ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｔｅｃｈｍｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ［．ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｎ　Ｓｅｌｅｃｔ　Ａｒｅａｓ　ｉｎ　Ｃｏｍ—　ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，１９９８；１６（６）　４．Ｂ　Ｌ　Ｈｕｇｈｅｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ［．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｉｎｆｏｒｍ　Ｔｈｅｏｒｙ，２０００；４６（９）：２５６７～２５７８　５．Ｂ　Ｍ　Ｈｏｃｈｗａｌｄ．Ｗ　Ｓｗｅｌｄｅｎｓ．Ｄｉｆｉｅｒｅｎｔｉａｌ　ｕｎｉｔａｒｙ　ｓｐ．ａｃｅ—ｔｉｍｅ　ｍｏｄｕｌａ—　ｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　Ｃｏｍｍｕｎ，２０００：４８（６７）：２０４１－２０５２　６．Ｖ　Ｔａｒｏｋｈ．Ｈ　Ｊａｆａｒｋｈａｎｉ．Ａ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　．ＩＥＥＥ　Ｊ　Ｓｅｌｅｃｔ　Ａｒｅａｓ　Ｃｏｍｍｕｎ，２０００；ｌ８：１　１６９－１　１７４　７．Ｌ　Ｕ　Ｃｈｏｉ．Ｒ　Ｄ　Ｍｕｒｃｈ．Ｔｒａｎｓｍｉｔ—ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｗｉｔｈ　ｓｉｍ—　ｐｌｉｉｆｅｄ　ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｏｗｎｌｉｎｋ　ｏｆ　ＭＩＳＯ　ＴＤＤ－ＣＤＭＡ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ［．　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４；５３（２）：２８５－２９５　计算机工程与应用２００６．２４　１３７