第1期 王兆伟，等：基于粒子群算法的MIMO CDMA平坦衰落信道均衡器 ·39 适应均衡器技术能有效地消除码间干扰，传统方法 s和s,则s=bcW,s=bcW,cw为PX1 是首先由信道估计器估计出信道矩阵H,然后由 归一化扩频序列.同一MS的天线使用相同的扩 H滤波恢复发送数据序列，而此方法误码率性能 频码 差.文献8提出在估计出信道矩阵后，利用H1恢 序列sW和s经过OPSK调制后发送到平 复信号，提高了误码率性能，然而使用这种方法的前 坦衰落信道，由BS接收，接收序列经过QPSK接收 提是必须保证H为非奇异矩阵.文中提出基于粒子 机后等价如下式 群算法的信道均衡器，采用粒子群优化算法，由参考 r「hh「s「n 信号估计出均衡参数，然后构造信道均衡器.在平坦 L=Lh+n 衰落信道的情况下能够替代传统均衡器，而且大大 式中：h,i,∈1,2}表示发射机天线到接收机天 提高了误码率性能，同时，与同是进化算法的遗传算 线j的信道参数，服从瑞利分布.n”,j∈{1,2}表示 法(GA)相比，能更快地收敛，辨识出均衡参数， 接收机天线j接收到的噪声，服从CN0,1)零均值 1 系统模型 复高斯白噪声)分布 如图3所示，接收序列⑧和为均衡器输 DS-CDMA系统是多用户共享信道6,1)，因此 入.首先，PS0均衡器利用MS端发射的参考序列 文中的MMO技术应用于DS-CDMA系统，最大限 「g 度地利用信道带宽并使系统具有良好的适应性.现 辨识出均衡矩阵G= ,然后对数据序列 L 有MMO技术主要应用于无线通信系统的下链路， 进行均衡： 而文中考虑CDMA系统的上链路，利用MIMO技 术提高基站性能 sgn(ReG (2 为简便，设计的MIMO CDMA系统利用2个 式中：sgn()为符号函数 天线MS(mobile station)发射信号，利用2个天线 第k个MS的发射序列为 BS(base station)接收信号，其上链路信道如图1所 y®=cwHz 示.其中MS的发射机采用图2所示模型，上链路的 以®=cwHW (3 并行序列分别通过MS的天线1和天线2发射 天线1 天线1 天线1 OPSK c(k) MS BS 调制 PSO 解打 发射机 接收机 BS 接收机 天线2 h 天线2 OPSK c(k) 调制 解 天线2 图1MMO上链路信道 Fig.1 The MIMO CDMA communication system 图3 MIMO BS接收机示意图 天线 c(k) OPSK Fig 3 Block diagram of the MIMO BS receiver 扩频 调制 MS 设不同MS扩频序列的互相关函数为R= 发射机 天线2 c(k) (几)x×x,其中=c°(0c”(),n为扩频码长 OPSK 扩频 调制 度，K为CDMA系统中MS数量，互相关矩阵R为 Toeplitz矩阵 图2 MIMO MS发射机示意图 Fig.2 Block diagram of the MIMO MS transmitter 2基于粒子群算法的MMO信道均 多个MS中，第k个MS的数据序列{b"}分为 衡器 2个子序列{b}和{b冫.这2个子序列经过线性 基本的PS0包括一个由多个粒子（个体）组成 扩频，通过2个天线分别发射出去，发射序列表示为 的群体，每个粒子代表了问题的一个可能解，并用一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.htp://www.cnki.net适应均衡器技术能有效地消除码间干扰 ,传统方法 是首先由信道估计器估计出信道矩阵 H [7 ] ,然后由 H T 滤波恢复发送数据序列 ,而此方法误码率性能 差. 文献[8 ]提出在估计出信道矩阵后 ,利用 H - 1 恢 复信号 ,提高了误码率性能 ,然而使用这种方法的前 提是必须保证 H 为非奇异矩阵. 文中提出基于粒子 群算法的信道均衡器 ,采用粒子群优化算法 ,由参考 信号估计出均衡参数 ,然后构造信道均衡器. 在平坦 衰落信道的情况下能够替代传统均衡器 ,而且大大 提高了误码率性能 ,同时 ,与同是进化算法的遗传算 法( GA) 相比 ,能更快地收敛 ,辨识出均衡参数. 1 系统模型 DS2CDMA 系统是多用户共享信道[6 ,9211 ] ,因此 文中的 MIMO 技术应用于 DS2CDMA 系统 ,最大限 度地利用信道带宽并使系统具有良好的适应性. 现 有 MIMO 技术主要应用于无线通信系统的下链路 , 而文中考虑 CDMA 系统的上链路 ,利用 MIMO 技 术提高基站性能. 为简便 ,设计的 MIMO CDMA 系统利用 2 个 天线 MS(mobile station) 发射信号 ,利用 2 个天线 BS(base station) 接收信号 ,其上链路信道如图 1 所 示. 其中 MS 的发射机采用图 2 所示模型 ,上链路的 并行序列分别通过 MS 的天线 1 和天线 2 发射. 多个 MS 中 ,第 k 个 MS 的数据序列{ b ( k) }分为 2 个子序列{ b ( k) 1 } 和{ b ( k) 2 } . 这 2 个子序列经过线性 扩频 ,通过 2 个天线分别发射出去 ,发射序列表示为 s ( k) 1 和 s ( k) 2 ,则 s ( k) 1 = b ( k) 1 c ( k) ,s ( k) 2 = b ( k) 2 c ( k) , c ( k) 为 P ×1 归一化扩频序列. 同一 MS 的天线使用相同的扩 频码. 序列 s ( k) 1 和 s ( k) 2 经过 OPSK调制[12 ]后发送到平 坦衰落信道 ,由 BS 接收 ,接收序列经过 QPSK 接收 机后等价如下式 : r ( k) 1 r ( k) 2 = h ( k) 11 h ( k) 21 h ( k) 12 h ( k) 22 s ( k) 1 s ( k) 2 + n ( k) 1 n ( k) 2 . (1) 式中 : h ( k) ij , i , j ∈{ 1 , 2} 表示发射机天线到接收机天 线 j 的信道参数 ,服从瑞利分布. n ( k) j , j ∈{ 1 ,2}表示 接收机天线 j 接收到的噪声 ,服从 CN (0 ,1) (零均值 复高斯白噪声) 分布. 如图 3 所示 ,接收序列 r ( k) 1 和 r ( k) 2 为均衡器输 入. 首先 ,PSO 均衡器利用 MS 端发射的参考序列 辨识出均衡矩阵 G = g ( k) 11 g ( k) 21 g ( k) 12 g ( k) 22 ,然后对数据序列 进行均衡 : z ( k) 1 z ( k) 2 = sgn (Re{ G r ( k) 1 r ( k) 2 }) . (2) 式中 :sgn ( ·) 为符号函数. 第 k 个 MS 的发射序列为 y ( k) 1 = c ( k) H z ( k) 1 , y ( k) 2 = c ( k) H z ( k) 2 . (3) 图 3 MIMO BS 接收机示意图 Fig13 Block diagram of the MIMO BS receiver 设不同 MS 扩频序列的互相关函数为 R = (ηij ) K×K ,其中ηij = ∑ n l = 1 c ( i) ( l) c ( j) ( l) , n 为扩频码长 度 , K 为 CDMA 系统中 MS 数量 ,互相关矩阵 R 为 Toeplitz 矩阵. 2 基于粒子群算法的 MIMO 信道均 衡器 基本的 PSO 包括一个由多个粒子 (个体) 组成 的群体 ,每个粒子代表了问题的一个可能解 ,并用一 第 1 期 王兆伟 ,等 :基于粒子群算法的 MIMO CDMA 平坦衰落信道均衡器 ·39 · © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net