TD-SCDMA系统中基于Schur算法的联合检测仿真研究

刘 俊

(合肥师范学院物理与电子工程系,安徽合肥 230601)

TD-SCDMA系统中基于Schur算法的联合检测仿真研究

刘 俊

(合肥师范学院物理与电子工程系,安徽合肥 230601)

本文利用MATLAB软件仿真平台,比较研究了 TD-SCDMA系统中基于传统的Schur算法和block-Schur两种联合检测算法。对两种算法在三种瑞利衰落信道模型中最差的CASE3情况下进行了性能比较,并对两种算法在不同用户数下的运算量做了仿真分析,仿真结果表明两种算法都能达到比较好的误码性能,在3GPP协议规定处,两种算法都能被系统所接受,并且block-Schur算法比传统的Schur算法具有更好的误码性能,运算效率高。

TD-SCDMA;联合检测;传统的Schur算法;block-Schur算法

1 引言

TD-SCDMA[1]系统中的联合检测(JD)技术是针对多径衰落环境下,各用户扩频码间正交性变差引起系统性能变差提出的。它能有效消除多径引起的多址干扰(MAI)和符号间干扰(ISI),进而提高系统性能,但该技术的实现复杂度比较高。在实际应用中,主要考虑各种次优联合检测器,即以一定性能损失换取复杂度相对较低的方案。常用的次最优线性联合检测器[2]主要有解相关联合检测器、迫零线性块均衡器(ZF-BL E)、最小均方误差检测器(MMSE)等。这些研究都证明联合检测能达到很好的性能。但是算法复杂度高,很有必要研究其快速算法。上述联合检测算法都要对矩阵求逆,运算量相当大,而计算的复杂度主要在于求(AHA)-1上。传统的Schur算法分解采用非近似的算法,当用户数或码元数较多时,计算量十分巨大。而基于block-Schur算法[3,4]的联合检测,利用系统矩阵的块Sylvester结构[5]对求逆过程进行简化,在性能损失可以接受的情况下,有效的降低了运算量。本文主要是对传统的Schur算法和block-Schur算法进行仿真性能比较。

2 仿真方案

2.1 仿真平台参数

上行同步技术是TD-SCDMA系统关键技术之一,同时也是实现其它关键技术的前提,在本文中假设系统通过同步时隙和同步过程已经工作在同步状态。为了评估TD-SCDMA上行链路联合检测接收机的性能,我们使用MATLAB软件进行链路仿真。仿真过程主要是实现用户QPSK基带调制,扩频,加扰,选取训练序列,构造突发结构,进行脉冲成形滤波,通过TD-SCDMA系统多径信道模型,信道估计,构造系统矩阵,进行联合检测,解调,计算误码率等几个主要过程。整个仿真都是在基带进行。表1为仿真平台主要参数:

表1 仿真平台的主要配置参数

2.2 信道仿真模型

我们在仿真中采用的信道是标准的瑞利衰落信道,瑞利信道的参数根据中国电信科学技术研究院(CATT)和德国西门子公司联合提出的TD-SCDMA系统多径传播模型(已提交3GPP TR25.948)来设定,这些参数包括各径的功率,相对时延,多普勒频移等。仿真具体参数可参见表2:

表2 TD-SCDMA多径传播模型[6]

2.3 仿真程序流程图

根据上文所述仿真环境和参数,我们采用matlab仿真平台设计了TD-SCDMA系统上行链路的联合检测仿真程序,仿真程序流程图如图1所示:

图1 仿真程序流程图

3 算法仿真结果与比较

3.1 两种算法在CASE3信道模型下的性能比较

如表2所示,在所有的多径环境中,CASE3是移动速度最高,传播条件最差的一种情况,所以我们选择了CASE3进行仿真。如果在CASE3下,算法都能达到较好的性能(这里评价性能好坏的依据是3GPP TS25.105协议规定的——当Eb/N0 =4.6dB时,系统的误比特率BER应达到10-2以下),则可以认为算法是为系统所接受的。图2给出了当用户数 K=8时,block-Schur算法与传统的Schur算法在CASE3多径衰落信道下的仿真性能比较。

由仿真结果来看,block-Schur算法的性能要稍好于传统的Schur算法,无论是传统的Schur算法还是block-Schur算法,都能达到比较好的误比特率性能,在BER=10-2处,两种算法都可以达到协议规定的4.6dB。

图2 CASE3 block-Schur算法与传统的Schur算法性能比较

3.2 两种算法复杂度的比较

图3 用户数不同时两种算法复杂度的比较

由仿真结果来看,随着用户数的增加,传统的Schur算法和 block-Schur算法的运算量逐渐增大,并且block-Schur算法较传统的Schur算法有一个数量级的下降。

4 总结

本文首先给出了TD-SCDMA系统上行链路的仿真方案和整个链路的仿真程序流程图,最后对两种算法在信道条件最差的CASE3信道下进行了仿真,得出两种算法都是系统所能接受的,并且block-Schur算法比传统的 Schur算法性能稍好,运算量更小。

[1] 李世鹤,TD-SCDMA第三代移动通信标准[M].北京:北京邮电大学出版社,2003,9-20.

[2] 王楠.TD-SCDMA系统联合检测技术及其算法实现的研究[D].西安电子科技大学硕士学位论文,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

合肥师范学院科研资助项目(2010KJ10)

刘 俊(1982-),男,湖北荆州人,硕士研究生,合肥师范学院物理与电子工程系教师,研究方向无线通信。