TD-SCDMA系統(tǒng)中基于Schur算法的聯(lián)合檢測仿真研究

劉 俊

(合肥師范學(xué)院物理與電子工程系,安徽合肥 230601)

TD-SCDMA系統(tǒng)中基于Schur算法的聯(lián)合檢測仿真研究

劉 俊

(合肥師范學(xué)院物理與電子工程系,安徽合肥 230601)

本文利用MATLAB軟件仿真平臺,比較研究了 TD-SCDMA系統(tǒng)中基于傳統(tǒng)的Schur算法和block-Schur兩種聯(lián)合檢測算法。對兩種算法在三種瑞利衰落信道模型中最差的CASE3情況下進行了性能比較,并對兩種算法在不同用戶數(shù)下的運算量做了仿真分析,仿真結(jié)果表明兩種算法都能達到比較好的誤碼性能,在3GPP協(xié)議規(guī)定處,兩種算法都能被系統(tǒng)所接受,并且block-Schur算法比傳統(tǒng)的Schur算法具有更好的誤碼性能,運算效率高。

TD-SCDMA;聯(lián)合檢測;傳統(tǒng)的Schur算法;block-Schur算法

1 引言

TD-SCDMA[1]系統(tǒng)中的聯(lián)合檢測(JD)技術(shù)是針對多徑衰落環(huán)境下,各用戶擴頻碼間正交性變差引起系統(tǒng)性能變差提出的。它能有效消除多徑引起的多址干擾(MAI)和符號間干擾(ISI),進而提高系統(tǒng)性能,但該技術(shù)的實現(xiàn)復(fù)雜度比較高。在實際應(yīng)用中,主要考慮各種次優(yōu)聯(lián)合檢測器,即以一定性能損失換取復(fù)雜度相對較低的方案。常用的次最優(yōu)線性聯(lián)合檢測器[2]主要有解相關(guān)聯(lián)合檢測器、迫零線性塊均衡器(ZF-BL E)、最小均方誤差檢測器(MMSE)等。這些研究都證明聯(lián)合檢測能達到很好的性能。但是算法復(fù)雜度高,很有必要研究其快速算法。上述聯(lián)合檢測算法都要對矩陣求逆,運算量相當(dāng)大,而計算的復(fù)雜度主要在于求(AHA)-1上。傳統(tǒng)的Schur算法分解采用非近似的算法,當(dāng)用戶數(shù)或碼元數(shù)較多時,計算量十分巨大。而基于block-Schur算法[3,4]的聯(lián)合檢測,利用系統(tǒng)矩陣的塊Sylvester結(jié)構(gòu)[5]對求逆過程進行簡化,在性能損失可以接受的情況下,有效的降低了運算量。本文主要是對傳統(tǒng)的Schur算法和block-Schur算法進行仿真性能比較。

2 仿真方案

2.1 仿真平臺參數(shù)

上行同步技術(shù)是TD-SCDMA系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一,同時也是實現(xiàn)其它關(guān)鍵技術(shù)的前提,在本文中假設(shè)系統(tǒng)通過同步時隙和同步過程已經(jīng)工作在同步狀態(tài)。為了評估TD-SCDMA上行鏈路聯(lián)合檢測接收機的性能,我們使用MATLAB軟件進行鏈路仿真。仿真過程主要是實現(xiàn)用戶QPSK基帶調(diào)制,擴頻,加擾,選取訓(xùn)練序列,構(gòu)造突發(fā)結(jié)構(gòu),進行脈沖成形濾波,通過TD-SCDMA系統(tǒng)多徑信道模型,信道估計,構(gòu)造系統(tǒng)矩陣,進行聯(lián)合檢測,解調(diào),計算誤碼率等幾個主要過程。整個仿真都是在基帶進行。表1為仿真平臺主要參數(shù):

表1 仿真平臺的主要配置參數(shù)

2.2 信道仿真模型

我們在仿真中采用的信道是標(biāo)準(zhǔn)的瑞利衰落信道,瑞利信道的參數(shù)根據(jù)中國電信科學(xué)技術(shù)研究院(CATT)和德國西門子公司聯(lián)合提出的TD-SCDMA系統(tǒng)多徑傳播模型(已提交3GPP TR25.948)來設(shè)定,這些參數(shù)包括各徑的功率,相對時延,多普勒頻移等。仿真具體參數(shù)可參見表2:

表2 TD-SCDMA多徑傳播模型[6]

2.3 仿真程序流程圖

根據(jù)上文所述仿真環(huán)境和參數(shù),我們采用matlab仿真平臺設(shè)計了TD-SCDMA系統(tǒng)上行鏈路的聯(lián)合檢測仿真程序,仿真程序流程圖如圖1所示:

圖1 仿真程序流程圖

3 算法仿真結(jié)果與比較

3.1 兩種算法在CASE3信道模型下的性能比較

如表2所示,在所有的多徑環(huán)境中,CASE3是移動速度最高,傳播條件最差的一種情況,所以我們選擇了CASE3進行仿真。如果在CASE3下,算法都能達到較好的性能(這里評價性能好壞的依據(jù)是3GPP TS25.105協(xié)議規(guī)定的——當(dāng)Eb/N0 =4.6dB時,系統(tǒng)的誤比特率BER應(yīng)達到10-2以下),則可以認(rèn)為算法是為系統(tǒng)所接受的。圖2給出了當(dāng)用戶數(shù) K=8時,block-Schur算法與傳統(tǒng)的Schur算法在CASE3多徑衰落信道下的仿真性能比較。

由仿真結(jié)果來看,block-Schur算法的性能要稍好于傳統(tǒng)的Schur算法,無論是傳統(tǒng)的Schur算法還是block-Schur算法,都能達到比較好的誤比特率性能,在BER=10-2處,兩種算法都可以達到協(xié)議規(guī)定的4.6dB。

圖2 CASE3 block-Schur算法與傳統(tǒng)的Schur算法性能比較

3.2 兩種算法復(fù)雜度的比較

圖3 用戶數(shù)不同時兩種算法復(fù)雜度的比較

由仿真結(jié)果來看,隨著用戶數(shù)的增加,傳統(tǒng)的Schur算法和 block-Schur算法的運算量逐漸增大,并且block-Schur算法較傳統(tǒng)的Schur算法有一個數(shù)量級的下降。

4 總結(jié)

本文首先給出了TD-SCDMA系統(tǒng)上行鏈路的仿真方案和整個鏈路的仿真程序流程圖,最后對兩種算法在信道條件最差的CASE3信道下進行了仿真,得出兩種算法都是系統(tǒng)所能接受的,并且block-Schur算法比傳統(tǒng)的 Schur算法性能稍好,運算量更小。

[1] 李世鶴,TD-SCDMA第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2003,9-20.

[2] 王楠.TD-SCDMA系統(tǒng)聯(lián)合檢測技術(shù)及其算法實現(xiàn)的研究[D].西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008,1-6.

[3] M.Vollmer,M.Haardt,and J.Gotze,Schur algorithms for joint detection in TD-CDMA based mobile radio systems[J]. Ann.Telecommun.,1999,54(7):365-378.

[4] M.Haardt,Block Schur algorithms for Third Generation Mobile Radio Systems with Joint Detection[J].http://citeseerx. ist.psu.edu/viewdoc/summary.

[5] M.Vollmer,M.Haardt,andJ.Gotze,Comparative Study of Joint-Detection techniques for TD-CDMA Based Mobile Radio Systems[J].IEEE J.Select.Areas Commun.,2001, 19(8):1461-1475.

[6] 3GPP TR25.948(v5.0.0),RF requirements for low chip rate TDD option,www.3gpp.org.

A Study on Joint-Detection Based on Schur Algorithm in TD-SCDMA System

LIU Jun
(Department of Physics and Electronic Engineering,Hefei Normal University,Hefei230601,China)

In this paper,by using MATLAB software simulation platform,the performance comparison of block-Schur algorithm and conventional Schur algorithm via worst CASE3 rayleigh fading channel is given and the simulation analysis for two algorithms is carried out with different users.The simulation result shows that both of the two algorithms can reach better BER(bit error rate)performance and that the block-Schur algorithm has better BER performance and higher operation efficiency than the conventional Schur algorithm.

TD-SCDMA;joint-detection;the conventional Schur algorithm;Block-Schur algorithm

TN91

A

1674-2273(2010)06-0055-03

2010-07-10

合肥師范學(xué)院科研資助項目(2010KJ10)

劉 俊(1982-),男,湖北荊州人,碩士研究生,合肥師范學(xué)院物理與電子工程系教師,研究方向無線通信。