第１１卷第２９期２０１１年１０月 科学技术与工程 Ｖ０１．１１ Ｎｏ．２９ ０ｃｔ．２０１１ １６７ｌ一１８１５（２０１１）２９—７１１５—０３ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ⑥２０１ １ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ． 多用户空时编码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统 ＭＢＥＲ检测算法 王艳丽 （渭南师范学院数学与信息科学学院，计算机网络工程技术中心，渭南７１４０００） 摘要分析了将最小误比特率（ＭＢＥＲ）的多用户检测算法应用于上行空时编码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统。对其 陛能进行了仿真 分析。分析结果表明，与最小化ＭＳＥ的ＭＭＳＥ检测算法相比，直接最小化ＢＥＲ的ＭＢＥＲ检测算法在保持复杂度相近的情况 下获得较好的性能。 关键词 空时编码 空分多址 正交频分复用 最小误比特率 中图法分类号ＴＮ９２９．５３１； 文献标志码Ａ 符号问干扰和信道的时变性限制了宽带移动 通信系统的无线信道的数据传输。空时编码利用 １系统模型 时间和空间上的分集技术，能获得一定的空间分集 增益和编码增益。正交频分复用（ＯＦＤＭ）技术不仅 考虑 个用户Ｋ子载波空时分组码ＳＤＭＡ 能够有效对抗ＩＳＩ，且能够实现高速数据传输¨Ｊ。因 ＯＦＤＭ上行无线通信系统，每一用户采用２个发射 此，将空时编码和ＯＦＤＭ系统相结合可以提高 天线，接收端Ｐ个接收天线，用户的数据流经过 ＯＦＤＭ系统的性能。空分多址（ＳＤＭＡ）技术由于允 ＯＦＤＭ调制，对ＯＦＤＭ调制后的输出插入循环前缀 许多个用户在同一信道传输数据从而提高频谱效 后从天线发送，如图１所示 Ｊ。 率。为了有效提高ＯＦＤＭ系统的容量，将ＳＤＭＡ技 用户ｍ的数据流 （／２，ｋ）（ｋ＝１，…， ）经过快 术和ＯＦＤＭ技术相结合已经引起了越来越广泛的 速傅里叶反变化（ＩＦ盯）后由天线ｉ在第ｎ个符号持 关注 。 续时间内发出。在第Ｐ（Ｐ＝１，…，Ｐ）个接收天线上， 由于线性ＭＭＳＥ检测算法采用的直接最小化 解调的ＯＦＤＭ符号可表示为 均方误差不能够保证系统的ＢＥＲ最小，与ＭＭＳＥ检 Ｍ ２ 测算法相比，选择线性检测器的系数直接最小化错 （ｎ，后）＝∑∑Ｘｍ（ｎ， ） （／２， ）＋ｒｉｐ（／２， ） ｍ＝ｌ ｉ＝ｌ 误概率或误比特率可以取得较好的性能。将空时 （１） 分组码和ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统相结合，分析每个用户 利用ＳＴＢＣ的正交性，接收信号Ｙ［ ，ｋ］可表 采用２个发射天线的上行链路的ＭＢＥＲ多用户检 示为 测算法。 ｙ［ ，ｋ］＝Ｈ［ｎ，ｋ］Ｘ［ｎ，ｋ］＋田［ ，ｋ］ （２） Ｙ［ｎ，ｋ］是所有接收天线上的接收信号矢量，包 含有２Ｐ个元素。Ｘ［凡， ］是所有用户在第ｋ个子载 ２０１１年７月２７日收到 渭南师范学院研究生基金资助 波上的发射数据信号，包含有２Ｋ个元素。其中 项目（１１ＹＫＺ０１５）、陕西省教育厅科研项目（１ＩＪＫ１０６７）资助 Ｈ［ ，ｋ］大小为２Ｐ×２Ｍ。 ［ｎ，ｋ］是服从均值为０， 作者简介：王艳丽（１９７８一），女，陕西泾阳人，硕士研究生，研究方 方差为 ，大小为２Ｐ的复噪声矢量。 向：移动通信及其信号处理技术。Ｅ—ｍａｉｌ：￣ｌａｓｇ＠１２６．ｃｏｍ。 科学技术与工程 １１卷 图１多用户空时编码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统结构图 为了书写方便，不失一般性，将公式中［ｎ，ｋ］省 略，接收端的信号如下： Ｙ＝ＨＸ＋ ：＇ｙ＋ （３） 式（３）中， 是接收信号的无噪声分量。 ２算法描述 采用线性多用户检测对发射端同步用户的估 计一般基于接收端的多个天线的接收信号和权系 数矩阵 ，其检测结果名＝ Ｙ。用式（３）替换ｙ， 可以得到用户估计值 ＝ Ｙ＝ ＨＸ＋ 叼。其 中， 是矩阵 的第ｍ列。ＭＭＳＥ检测算法与其 他线性检测算法相比复杂度较低，ＭＭＳＥ检测算法 使均方误差ＭＳＥ最小，ＭＳＥ＝Ｅ［（ 一 ） ］。 系统采用ＢＰＳＫ调制，Ｐｇ和ＢＥＲ可以互换， 表示错误概率，ＢＥＲ表示误比特率。可以通过用户 ｍ的加权系数 得出ＢＥＲ： Ｐ （Ｗｍ）： ｓｇｎ（ ） ｓｇｎ（磁） ＿ｙ （４） 叮 ｏｒ 式（４）中 ＝１，…，Ⅳ ，包含了ｙ中所有可能的值， ＢＥＲ的值是恒定不变的。 ＭＢＥＲ的检测方法如文献［４］所示， （舢肌 ＝ ａｒ空时ｍｇｗ 编ｍｉｎＰ （ Ｗｍ ）。 ＢＥＲ的计算方法不能直接用于 码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统的ＭＢＥＲ检测中，但是 可以采用最陡下降法来获取ＭＢＥＲ的解决方法。 为了达到最小的ＢＥＲ值，线性多用户检测加权矢量 不断迭代更新，直到满足最小ＢＥＲ值。 的迭 代过程通过步长 来实现，使ＢＥＲ的梯度下降 最快。 以（ ） （ ）× ∑ｅ ｕ ２…Ｗ＿Ｈ…Ｗ ｓｇｎ（Ｘ￣ｍ）Ｙｉ。 ＭＢＥＲ检测算法中最优 的计算方法很多，自适 应梯度下降算法在连续的时间窗口，通过训练序列和 直接判决的方式对ＭＢＥＲ接收机进行定期辅助，实现 ＢＥＲ的直接最／Ｉ、化。该 方法可以获得较好的系统眭能。 ３仿真结果 设计系统参数为２用户且每个用户２发射天 线，采用Ａｌａｍｏｕｔｉ’ｓＴＢＣ编码方案，２个接收天线的 空时编码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统；带宽 设为１ ＭＨｚ，等 分子信道ｋ＝２５６，子信道带宽是３．９ ｋＨｚ，有效帧的 长度是２５６ ｓ，每个帧插入循环前缀ＣＰ＝４０ ｓ，大 于信道的最大时延扩展，所以总的帧长是２９６ ｓ，调 制方式采用ＢＰＳＫ；假定收发天线之间的信道是宽 带准静态的、先验已知或是完全估计的；噪声为均 值为零的复值加性高斯白噪声。仿真结果如图２。 图２对比了ＭＭＳＥ和ＭＢＥＲ检测算法的ＢＥＲ性 能，从图可以看出，当ＳＮＲ＞２５ ｄＢ时，ＭＭＳＥ检ｉ ０算法用 户１的ＢＥＲ性能优于用户２，相反，ＭＢＥＲ检测算法用户 ２的ＢＥＲ性能优于用户１。仿真结果证明了ＭＥＩＥＲ检测 算法Ｉ生能优于ＭＭＳＥ检测算法，因为ＭＭＳＥ检测直接最 ／Ｊ、化ＭＳＥ而不是ＢＥＲ。同时，针对ＭＭＳＥ检测算法和 ＭＢＥＲ检测算法两个用户的ＢＥＲ值 同。 Ｅｂ：Ｎｏ／ｄＢ 图２典型ＭＭＳＥ与ＭＢＥＲ算法的性能比较 ２９期 王艳丽：多用户空时编码ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统ＭＢＥＲ检测算法 ７１ｌ７ ４结束语 参考文献 １单淑伟，采文涛，罗汉文．空时编码ＯＦＤＭ／ＳＤＭＡ系统的性能分 将空时分组码和ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ系统相结合，分 析・上海交通大学学报，２００４；３８（ ）：１９３－－１９６ 析了每个用户采用双发送天线的空时分组码和ｓＤ＿ ｏＦＤ 。 ｉ ．ｎ ｎｆｓ．１ＥＥＥ ｖ。ｈｉ ｕ１ Ｔｅ。ｈ ｏ１。ｇｖ ｃ。ｎｆｅ 。。． ＭＡ ＯＦＤＭ系统上行链路在ＭＢＥＲ和ＭＭＳＥ检测算 Ｒｈｏｄｅ。．Ｇｒｅｅ。。；ＩＥＥＥ ＶＴＳ ５３ｆｄ，２００１：２４１７—２４２ｏ 法下的性能，并通过ＭＡＴＬＡＢ仿真对两种算法进行 ３王艳丽，李国民＿ＳＴＢＣ．ＯＦＤＭ系统的空时多用户检测．煤炭技术， 了对比，仿真结果表明，ＭＢＥＲ检测算法能够获得很 ２０１０；２９（１）：５５＿５ 好的误比特性能。 ｃ “ ， ｉｎｇａ“Ａ Ｋ，Ｍ“ ｇｒｅｗ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ａ ａｐｔｉ 。ｍｉ“ｉ ＢＥＲ ｌｉｎｅａｒ ｍｕｈｉｕｓｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＤＳ－ＣＤＭＡ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ｍｕｔｉｐａｔｈ ｃｈａｎｎｅｌｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ。２００１；４９：１２４０－－１２４７ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ Ｍｕｌｔｉ・ｕｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ Ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ Ｃｏｄｅｄ ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＡＮＧ Ｙａｎ—ｌｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ；Ｔｈｅ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗｅｉｎａｎ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｎａｎ ７１４０００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ＭＢＥＲ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｕｐｌｉｎｋ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ ｃｏｄｅｄ ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ Ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＭＢＥＲ ｍｕｌｔｉ—ｕｓｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ＭＭＳＥ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ＭＢＥＲ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ’Ｓ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ＭＭＳＥ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｓｐａｃｅ—ｔｉｍｅ ｃｏｄｅ ＳＤＭＡ ＯＦＤＭ ＭＢＥＲ （上接第７１０７页） ８ Ｃａｌｏｚ Ｃ，ｈｏｈ Ｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔａ—ｍａｔｅｒｉｌａｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ９ Ｌｕｄｗｉｇ ｒ，Ｂｒｅｃｈｋｏ Ｐ．射频电路设计：理论与应用．王子宇，译．北 ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ，２００４ 京：电子工业出版社，２００２ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｄｉｍｉｎｕｔｉｖｅ ａｎｄ Ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｉｇｈｔ／ｌｅｆｔ－ｈａｎｄｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ ＦＵ Ｇｕａｎ－ｘｉｎ，ＺＨＵ Ｙｏｕ—ｚｈａｎｇ，ＳＵＮ Ｃｈａｏ，ＳＵＮ Ｚｈｅｎ （Ｔｈｅ Ｓｅｃｏｎｄ Ａｒｔｉｌｌｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ ａｌｌ ７１００２５，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） 『Ａｂｓｔｒａｃｔ １ Ａ ｄｉｍｉｎｕｔｉｖｅ ａｎｄ ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅ ｂａｎｄ（ＵＷＢ）ＣＲＬＨ—ＴＬ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ＣＲＬＨ．ＴＬ，ａ ｓｈｏｒｔ ｓｔｕｂ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｏｎ ｅａｃｈ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔａｎｔ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｔｏ ｆｏＩＴＩＩ ａ ｓｙｍｍｅｔｉｒｃａｌ＂ＩＴ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＣＲＬＨ．ＴＬ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ＣＲＬＨ一 ｒＬ ３ ｄＢ ｂａｎｄ ｗｉｄｔｈ ｉＳ ｉｎ（４．５～１３．５）ＧＨｚ．ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｂａｎｄ— ｗｉｄｔｈ ｉｓ １００％．ｔｈｅ ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ ｉＳ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ一１０ ｄＢ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｉＳ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ一０．５ ｄＢ ｉｎ ｔｈｅ ３ ｄＢ ｂａｎｄ ｗｉｄｔｈ．Ｉｔ ｉｓ ａ ｇｏｏｄ ｆｉｌｔｅｒ ａｆｔｅｒ ｂｅｉｎｇ ｓｉｍｐｌｙ ｌｉｎｋｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅｖｅｒａｌ ｓａｍｅ ｃｅｌｌｓ．Ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ＣＲＬＨ—ＴＬ ｃｅｌｌ ｉｓ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ １／６ ｏｆ ｔｈｅ ｇｕｉｄｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｔ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｍａｋｉｎｇ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ． Ｉ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｉ ＣＲＬＨ—ＴＬ ＵＷＢ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ
