WCDMA上行鏈路參數(shù)優(yōu)化方法

WCDMA上行鏈路參數(shù)優(yōu)化方法內(nèi)容摘要：本文在研究了WCDMA上行鏈路導(dǎo)頻信道輔助相干解調(diào)的基礎(chǔ)上，提出了參數(shù)優(yōu)化的一種新方法。根據(jù)給定信噪比下誤碼概率最小的準(zhǔn)則，本文得到了理論上信道估計(jì)器最佳的平均長(zhǎng)度和導(dǎo)頻信道相對(duì)數(shù)據(jù)信道最優(yōu)的功率比。作為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)主要無線傳輸技術(shù)的WCDMA上行鏈路采用了導(dǎo)頻信道輔助的BPSK相干解調(diào)技術(shù)。雖然通過導(dǎo)頻信道可以獲得精確的信道估計(jì)，但是它增加了每個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)的能量。在保持信號(hào)總能量不變的前提下，一方面增加導(dǎo)頻信道的功率可以提高信道估計(jì)的精度，但它對(duì)數(shù)據(jù)信道和別的用戶的干擾也會(huì)增加。同時(shí)，隨著導(dǎo)頻信道功率的增加，分給數(shù)據(jù)信道的功率必然會(huì)減少，造成解調(diào)時(shí)信噪比的下降。另一方面,降低導(dǎo)頻信道的功率雖然可以減小其產(chǎn)生的干擾并提高數(shù)據(jù)信道的功率,從而提高解調(diào)時(shí)的信噪比,但此時(shí)信道估計(jì)的精度卻會(huì)有所降低，特別是在移動(dòng)臺(tái)高速移動(dòng)時(shí)。由此可見,導(dǎo)頻信道與數(shù)據(jù)信道之間的功率比(Pilot-to-dataChannelPowerRatio)對(duì)系統(tǒng)的性能有著很大的影響，是一個(gè)急待優(yōu)化的重要參數(shù)。另外，既然信道估計(jì)的精度影響著系統(tǒng)的誤碼概率，那么它與最優(yōu)功率比的確定顯然也有著很強(qiáng)的聯(lián)系。由于實(shí)際系統(tǒng)的信道估計(jì)器一般是采用滑動(dòng)平均濾波器，所以本文的主要目的是分析在最小誤碼概率準(zhǔn)則下如何確定最優(yōu)的功率比和滑動(dòng)平均濾波器的最佳平均長(zhǎng)度。WCDMA上行鏈路的發(fā)送結(jié)構(gòu)圖1顯示了WCDMA上行專用物理信道(DPCH)的基帶發(fā)送結(jié)構(gòu)。I路承載用戶數(shù)據(jù)的專用數(shù)據(jù)信道(DPDCH)和Q路承載導(dǎo)頻等控制信息的專用控制信道(DPCCH)(由于DPCCH中導(dǎo)頻所占的比例較大，所以為了簡(jiǎn)化處理，在以下的分析中我們認(rèn)為它就是一個(gè)連續(xù)的導(dǎo)頻信道)。分別被不同的實(shí)Walsh碼Wd和Wc擴(kuò)頻到Chip速率后相加，然后被第n個(gè)用戶特定的復(fù)數(shù)擾碼Sdpch,n加擾。其中0表示導(dǎo)頻信道相對(duì)數(shù)據(jù)信道的功率比，通常它小于1以減小對(duì)I路的DPDCH以及別的用戶的干擾。無線傳播環(huán)境可看成是頻率選擇性的瑞利衰落信道。為了方便下面的分析，我們這里假設(shè)信道有L個(gè)功率相等的路徑,并且每個(gè)路徑之間都是非相關(guān)的。在接收機(jī)的輸入端,考慮到WCDMA上行鏈路不同用戶之間是異步操作的，所以可以把接收信號(hào)疊加的由熱噪聲和其它用戶多址干擾(MAI)所產(chǎn)生的噪聲看成是白高斯噪聲，它的單邊功率譜設(shè)為N0。由于多徑干擾(IPI)與熱噪聲和多址干擾相比可忽略,所以我們這里不再考慮信號(hào)多徑傳播所引起的干擾，并假設(shè)接收機(jī)知道每一徑準(zhǔn)確的時(shí)延信息。無編碼擴(kuò)頻BPSK的誤碼概率在假設(shè)各徑的信道估計(jì)誤差與數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過相關(guān)器(Correlator)的輸出噪聲之間是彼此獨(dú)立的，并且信道參數(shù)與它的估計(jì)誤差之間也是獨(dú)立的條件下，采用3徑合并時(shí)無編碼的擴(kuò)頻BPSK誤碼概率為：Ji+n+k/3)n-月力元這里的〃是互相關(guān)系數(shù)，它表示每徑相關(guān)器輸出的信號(hào)與信道估計(jì)之間的相關(guān)性大小，定義為：其中Q2c=TSBc表示信道估計(jì)濾波器按調(diào)制符號(hào)周期歸一化后的等效噪聲帶寬(EquivalentNoiseBandwidth);ES是數(shù)據(jù)符號(hào)的能量;8為導(dǎo)頻信道與數(shù)據(jù)信道之間的功率比，可表示為：8=EPS/ES=EP/ESRSF(4)由于3G系統(tǒng)廣泛采用了變速率傳輸?shù)姆桨?，所以WCDMA導(dǎo)頻信道的擴(kuò)頻比可能與數(shù)據(jù)信道的不一樣，并且通常比它大.在這種情況下，EPS是指與數(shù)據(jù)信道具有相同符號(hào)周期的那部分導(dǎo)頻能量，它也等于導(dǎo)頻符號(hào)的能量除以導(dǎo)頻符號(hào)與數(shù)據(jù)符號(hào)的擴(kuò)頻因子比RSF,RSF=SFpilot/SFdata,SFpilot和SFdata分別表示導(dǎo)頻符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)的擴(kuò)頻因子.我們?cè)谶@里采用最小誤碼概率(MinimumBit-Error-Probability)準(zhǔn)則,它能在給定的信噪比Eb/N0下，保證系統(tǒng)的誤碼率最小。觀察式(1)和式(2)，可以發(fā)現(xiàn)Pb是p的單調(diào)減函數(shù)既然BEP是p的單調(diào)減函數(shù)，那么最小的BEP等效于最大的相關(guān)系數(shù)p。定義發(fā)送的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)符號(hào)的總能量為:Eb=ES+EPS=(1+8)ES(5)將式(5)帶入式(3)，可得到：等效噪聲帶寬的確定和最優(yōu)的功率分配由于實(shí)際系統(tǒng)中信道估計(jì)器通常采用滑動(dòng)平均濾波器所以這里我們主要討論它的歸一化等效帶寬問題。根據(jù)文獻(xiàn),可得到在信道估計(jì)均方誤差最小時(shí)的最佳平均長(zhǎng)度為：席"1「的 k次一51沖-4日成戶&凝其中,。21是第l徑的信道功率，設(shè)為1/L;fD表示最大多普勒頻率;At為采樣間隔，它等于數(shù)據(jù)符號(hào)的周期TS,且等于導(dǎo)頻符號(hào)的周期TP除以擴(kuò)頻因子比，即At=Tp/RSF。由此得到，當(dāng)采用滑動(dòng)平均濾波器時(shí)的歸一化等效帶寬近似為1/Mopt。實(shí)際上，最大的相關(guān)系數(shù)p相當(dāng)于最小的M-2，于是M-2對(duì)p的一階導(dǎo)數(shù)為0，可得到一個(gè)關(guān)于8的高次方程，經(jīng)過簡(jiǎn)單的化簡(jiǎn)，它的唯一有意義解就是最優(yōu)的功率比：其中，'二山號(hào)】-'—7M會(huì)MZ?信噪比SNR=Eb/N0。在求出最優(yōu)功率比后，可利用式(7)計(jì)算出誤碼概率最小時(shí)信道估計(jì)器最佳的平均長(zhǎng)度。仿真結(jié)果為了驗(yàn)證上述理論推導(dǎo)結(jié)果是否正確,我們?cè)贑OSSAP仿真軟件上建立了單用戶的WCDMA上行鏈路仿真平臺(tái)，進(jìn)行窮舉法搜索。根據(jù)WCDMA標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)調(diào)制方式為QPSK,Chip速率為3.84Mchip/s，載頻為2GHz.DPDCH的傳輸速率為30kbit/s，此時(shí)的擴(kuò)頻因子SF=128，信道采用等功率的6徑瑞利衰落信道模型,Rake接收機(jī)通過搜索器選擇功率最強(qiáng)的3徑合并。仿真時(shí)假設(shè)在接收端Chip、符號(hào)及幀已經(jīng)完全同步，并且不考慮卷積編碼和交織器。圖2是信噪比為7dB,最大多普勒頻移為185Hz時(shí)的仿真結(jié)果。由于WCDMA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定DPCCH與DPDCH之間信號(hào)幅度比的最小變化間隔是1/15，所以計(jì)算機(jī)仿真按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間隔來設(shè)置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。圖2不同功率比和平均長(zhǎng)度下的誤麗率由面（?信噪比？曲.量大多昔袖頻移185Hz）通過觀察數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)最小的誤碼率為0.0232，是在相對(duì)幅度比為7/15，也就是p為0.218,平均長(zhǎng)度為67個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)得到的。理論計(jì)算的誤碼率為0.01746,是在p為0.1783（按標(biāo)準(zhǔn)量化的相對(duì)幅度比約為6/15）,平均長(zhǎng)度約為67個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)得到的。而在相對(duì)幅度比為6/15，平均長(zhǎng)度為67個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果為0.02407，與最小的誤碼率0.0232相差不大。圖3不同功率比和平均長(zhǎng)度下的誤研率曲面（信噪比對(duì)B..最大多普勒頻移555閔圖3是信噪比為7dB，最大多普勒頻移為555Hz時(shí)的仿真結(jié)果。通過觀察數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)最小的誤碼率為0.0339，是在相對(duì)幅度比為9/15,也就是p為0.36，平均長(zhǎng)度為21個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)得到的。而理論計(jì)算的誤碼率是0.02610,是在p為0.2707（按標(biāo)準(zhǔn)量化的相對(duì)幅度比約為8/15），平均長(zhǎng)度約為25個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)得到的。而在相對(duì)幅度比為8/15，平均長(zhǎng)度為25個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)周期時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果為0.0353,與最小誤碼率0.0339相差不大。由此可見，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果基本是一致的，但還存在一定的差距。差距的主要原因在于推導(dǎo)公式時(shí)忽略了由于信