空分多址技术在GSM系统中的应用分析.docVIP

空分多址技术在GSM系统中的应用分析 空分多址技术在GSM系统中的应用分析 摘　　　要：考虑到时分多址系统的特殊性质，并结合已有的时分多址系统中共信道干扰抑制技术，提出了一种应用于GSM（Global System for Mobile）系统的，不依赖于用户空间特征估计的空分多址方案。方案采用自适应天线和软波束形成技术，能够在时分多址基础上实现多路信号的空分接收。文章给出了在GSM系统中应用该技术的仿真实例，仿真结果表明，该方法能够有效的形成正交接收，发送波束，从而保证共用相同信道的多个用户间的互不干扰。 关　键　词：空分多址；共信道干扰；自适应阵；全球移动通信系统 随着移动用户的迅速增加，无线系统的频率资源匮乏问题日益突出，为了解决这个问题，在时分多址和码分多址之外，一些研究者提出了空分多址的概念，力图通过用户空间特征的差异，用阵列天线实现同一信道中多个用户的同步通信，把通信系统可利用的资源扩展到空间域。传统的空分多址方案基于用户空间特征的估计，但现有的信号空间特征估计方法计算较为复杂，在实际的多径衰落信道和多用户情况下，其可靠性有待改进。基于这种考虑，针对GSM（Global System for Mobile）系统提出了一种不需要进行用户空间特征估计的空分多址方案，该方案充分利用了GSM数据传输格式的特点，具有计算简单，可靠性好等特点。 1　用阵列抑制GSM中共信道干扰 蜂窝通信系统中，一个主要问题是所谓的共信道干扰（co-channel interference）问题。共信道干扰主要来自２个方面，一是多径传播造成的衰落效应；另外一个是使用相同频率资源的临近小区造成的干扰。对这２种干扰进行有效抑制是蜂窝系统设计面临的主要问题之一。最近几年，R.P.Gooch和J.J.Shynk先后对TDMA（Time Division Multiple Access）系统中的共信道干扰问题进行了研究，提出了使用自适应阵列抑制TDMA系统中共信道干扰的方法。 GSM系统（采用TDMA体制）中共用相同子频带的用户有８位。在典型的无线环境中，信号传播的最大剩余延迟（maximum excessive delay）小于一个用户时隙，因此在GSM系统中构成目标用户的共信道（共用相同频带，相同时隙）干扰数目不会太多。这样就有可能通过在干扰信号来波方向上形成波束零点的方法去除干扰信号。用阵列抑制GSM系统中的共信道干扰利用的是基于参考信号的自适应波束形成结构，参考信号由分配给每个用户的训练序列加以适当处理形成。这种方法将干扰信号分成２类，并针对这２类干扰构造不同的代价函数应用最小平方准则（LS）分别进行抑制。通过这种方法优化得到的阵列波束可以在干扰方向上形成零陷，从而得到最大的信干噪比。图１给出了２类干扰的示意图。图１中，阴影区域为每个用户信号特有的训练序列。在TDMA系统中，每个用户都分配给一个特定的训练序列，用来在接收端辅助均衡器动态的调整参数以抑制ISI（Inter-Symbol Interference），这些训练序列经过处理后具有特殊的相关性。 图１　干扰类型示意图 信号１为目标信号，信号２覆盖了信号１的训练序列，称为第一类干扰，被覆盖的区间称为第一类干扰区间；信号３没有覆盖信号１的训练序列，称为第二类干扰，覆盖区间称为第二类干扰区间。阵列的参考信号与训练序列有关，因此在第一类干扰区间上可以通过接收信号与参考信号的“匹配”直接得到阵列的最优权。对于第二类干扰则需要进行进一步的处理。 简要地说，用阵列抑制干扰的基本步骤为： １）进行帧同步识别（Frame Sychronization），找到时域中彼此重叠的信号各自训练序列的起始点，用户在时域上的相对位置关系，重建接收信号时域景象。 ２）根据帧同步识别算法得到的结果，划分第一类干扰区间和第二类干扰区间 ３）在目标用户时隙第一类干扰区间上对第一类干扰进行抑制 ４）在目标用户时隙第二类干扰区间上对第二类干扰进行抑制 这种方法一个突出的优点是它采用块数据匹配的方法，每一次权值更新只需要对当前时隙的数据进行操作，无需迭代计算，具有较高的可靠性和计算效率。 2　应用空分多址技术的GSM模型 从上面介绍可以看出，这种用阵列抑制干扰的方法充分利用了空域自由度，能够把在时域上彼此重叠的信号进行有效的分离，因此考虑应用这种方法在GSM系统中实现空分多址SDMA（Space Division Multiple Access）。假设采用SDMA后的GSM系统中，每２个用户共用一个信道（同一子频带，同一时隙，为便于说明问题，只假设为２个用户，而方法可以扩展到更多用户的情况）。这样就相当于同时有２个时间序列在进行接收和发送。 SDMA包含２方面内容：一是上行信号的分离，一是下行选择性发送。上行信号的分离要求将时域