环境技术
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY
1999年　第17卷　第5期　Vol.17　No.5　1999



应用解相关检测器抑制DS/CDMA中的BPSK型干扰
杜丽冰，陈蓉
摘要：针对我们以往研究的常规的窄带干扰抑制器抑制DS/ CDMA中BPSK型窄带干扰（NBI）存在的问题，本文应用多用户检测技术中最简单的解相关检测器（DRD）抑制BPSK型NBI。通过计算机模拟分析了DRD的抑制性能，并与常规的NBI抑制器进行比较。
关键词：DS/CDMA； BPSK型窄带干扰； 解相关检测器； 抑制性能
中图分类号：TN911．4　　　文献标识码：A
Applying Decorrelating Detector for Rejection BPSK Interference in DS/COMA Systems
DU Li-bing CHEN Rong
(Box.171,Beijing Univ. of Post & Telecom,Beijing 100876)
1　前言
　　虽采用直接序列扩频信号实现的码分多址（简称DS/ CDMA）通信系统对NBI具有固有的抑制能力，但当窄带用户发射的功率较之DS/ CDMA信号的功率很强时，需要在扩频接收机中接入NBI抑制器，通过我们多年的研究，常规的自适应线性和非线性滤波技术的NBI抑制器对单频和多个单频干扰的抑制较有效，但对数字通信系统的BPSK型NBI就不是很有效，即使使用我们提出的非线性判决反馈干扰抑制器（NDFIS）和应用神经网络的干扰抑制器（FNDFIS－1），还需利用BPSK型干扰的准周期性和对称性，提出误差反馈信息校正估值滤波器的处理措施，此时信噪比改善可分别达到36dB和41．5dB［4,5］ 。但这一措施较复杂，特别是应用场合受限，这就影响了这一措施的实用性。
　　由于多用户检测技术有减轻远近效应的能力，因此它用于抑制DS/ CDMA系统中的多址干扰（MAI）。应用多用户检测技术抑制MAI的原理，也可以用于抑制DS/ CDMA系统中存在的BPSK型NBI［1］， 且NBI予以抑制的同时也抑制了MAI［2］。 将CDMA信号和BPSK型NBI模拟为一个多用户系统，并采用结构最简单的解相关检测器抑制BPSK型NBI干扰。通常扩频信号（SS)的每一个bit与NBI的bit是不同步的，所以将所考虑的问题模拟为在一个异步CDMA信道中的多用户检测，但是这会比同步CDMA信道更复杂。因此采用一次运算的方法分别考虑CDMA信号的每个比特间隔，以减轻此复杂性。
2　系统和信号的模型
　　假设在加性白高斯噪声（AWGN）的信道中存在数字调制的BPSK型NBI情况下传输一路DS/ CDMA信号（简称扩频信号SS），则接收机接收到的基带信号模拟为
　　(1)
其中S(t)为SS信号，I(t)为BPSK型NBI，n(t)为AWGN， 它的均值为零，方差为σ2n。S(t)中的T1为码元宽度，bi为信息比特， 以等概率取值±1，特征波形PT1(t)在［0,T1］之外为零，且归一化即。I(t)中的T2为码元宽度，di为信息比特，以等概率取值±1，脉冲波形PT2在［0,T2］之外为零，且归一化。PSS和PNB分别为SS信号和NBI的功率。τ1、τ2计算SS和NBI间的时间偏移，设τ1=O,O＜τ2＜T2，τ2时是不变的， 设T1=KT2,K为正整数。
　　将SS信号和NBI模拟为同步多用户系统的方法是将BPSK型NBI处理为一组简单的单扩频码的虚拟SS信号或称虚拟用户，而有用的SS信号称实SS信号或实用户。NBI的每个bit看作是来自一个虚拟用户的SS信号，则在［0,T1］内存在K+1个虚拟用户和一个实用户组成同步多用户系统。因此可定义虚拟用户的归一化特征波形如下：



其中
实用户的特征波形为SK+2(t)=PT1(t),则（1）式可写成
　　（2）
其中Wi=PNB,i=1,2,…，K＋1，　WK+2=PSS,β1=d-1,β2=do,…，βK-1=dK-1,βK+2=b0。
　　 根据虚拟用户的特征波形，S1(t)，…SK+1(t)相互之间是正交的，但每个虚拟用户的特征波形与实用户的特征波形之间通常是非正交的。令（K＋2）×（K＋2）阶矩阵R表示所有用户的特征波形之间互相关矩阵，

3　解相关检测器
　　解相关检测器（DRD）的原理图如图1所示，它是在匹配滤波器组后接入矩阵滤波器R－1和判决组成。它的输入信号为（2）式的r(t)。匹配滤波器组的取样输出矢量为
　　(3)

图1　解相关检测器的原理图
其中y=［y1,y2,…，yK+2］T，而N是有色高斯噪声矢量，
i=1,2,…,K+2。矩阵滤波器R－1的输出为
　　（4）
由上式可见，矢量β可恢复，则实SS用户信号为
　　（5）
采用硬判决，判决值为
　　(6)
其中

DRD的输出噪声功率为
，则它的输出信噪比为
　　(7)
　　由以上分析可见，DRD完全抑制了NBI，它的SNR0与SS信号的功率成正比，与SS信号和NBI之间的时间偏移有关，与σn2成反比，但与NBI的功率无关。
4　计算机模拟结果与分析
　　模拟时接收过程从基带开始，SS信号和NBI均采用BPSK调制方式，未考虑它们的相位问题，特征波形均采用矩形波。实用户只有一个，它的数据速率为64Kb/s，NBI的速率为192Kb/s，所以K＝3。PN序列长度为63。衡量DRD抑制窄带干扰的性能采用在不同的输入信噪比SNRi与输出信噪比SNR0的关系。当PNB远大于噪声功率时
SNPi=PNB/Pss。则模拟得到SNR。为
　　(9)
其中Ass、Ao分别为DRD输出（判决前）的SS信号幅度和总的输出幅度， Ass=Pss。
　　为与常规的BPSK型NBI抑制器比较取σn2=0.01，模拟中保持Pss=10， SNRi从0～－40dB变化，模拟时每一个SNRi值对应的SNRo 值是采用120个SS信号的数据比特的SNRo值平均得到。τ2=2T2/3时的SNRo与SNRi的关系曲线如图2所示。由图2可见，SNRo与SNRi的关系基本为一直线，在22.5dB上下有小的波动，此波动是由于模拟中的积分、R和R－1等运算中的误差积累造成的，模拟结果如图2所示。

图2　SNRo与SNRi的关系曲线

图3　不同τ2时SNRo与SNRi 的关系曲线
当τ2=2T2/3和T2/3时的SNRo与SNRi的关系曲线如图3所示，由图3可见，
SNRo随τ2（o≤τ2≤T2）增加而增加。由图2可得到DRD的信噪比改善SNRI与SNRi的关系曲线如图4所示。SNRI＝SNRo－SNRi（dB)，SNRI随SNRi增加而线性增加。

图4　SNRI与SNRi的关系曲线
　　在相同条件下，即SNRi＝－20dB,σn2＝0.01，过去我们研究的线性干扰抑制器(LIS)［3］、非线性的判决反馈干扰抑制器（NDFIS）、神经网络干扰抑制器（FNDFIS－1）和DRD对BPSK型NBI抑制的SNRI列于下表。
各种BPSK型NBI抑制器的比较

结构LIS
(未采用措施)NOFIS
(采用处理措施)FNDFIS-1
(采用处理措施)DRD
SNRI（dB）17.53641.542.6
结构复杂性最简单较复杂最复杂稍复杂
运算量最小较大最大稍大

　　由表可见，综合考虑抑制BPSK型窄带干扰采用DRD较适宜，且DRD在抵制NBI的同时也能抑制MAI。
5　结论
　　采用DRD能有效地抵制BPSK型NBI，模拟结果与理论分析一致，当Pss给定时，DRD的SNRo与PNB无关，与τ2有关。DRD优于以前研究的各种BPSK型NBI抑制器且DRD能同时抑制多址干扰，可有效地消除远近效应。
作者简介： 杜丽冰(1937-)，女，江苏江阴人，教授，主要从事通信理论、通信与电子系统的电磁兼容和干扰抑制的教学和科研工作。
作者单位：（北京邮电大学电信工程学院171信箱，　北京　100876）
参考文献：
［1］　Leslie A.Rusch and H.Vincent Poor Multiuser Detection Technigues for Narrowband Interference Suppression in Spread Spectram Communications ［J］ IEEE Trans comman 1995,VOL 43,NO.21314,PP1725～1737
［2］　H.Vincent Poor,Xiaodong Wang Code-Aided Interference Suppression for ps/CDMA Communications-Par TI: Intevference Suppvession Capability［J］　IEEE Trans 1997,COM-45,NO9,PP1101～1110
［3］　杜丽冰,朱宏涛．三种改进的LMS算法应用于宽带CDMA中的窄带干扰抑制［J］． 电路与系统学报。1996年，VOL．1 N0.4，P25～28
［4］　孙红雨，杜丽冰．判决反馈自适应滤波抑制扩频信号中BPSK型干扰［J］．环境技术，1996年，第6期，P22～26
［5］　杜光政．神经网络应用于CDMA中窄带干扰抑制。 北京邮电大学硕士研究生学位论文，1998年，P63～66
　　收稿日期： 1999-07-09
