1 引言
第三代移动通信系统的主流标准WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000都采用了码分多址方式，CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统，在信息的传输中，存在着多址干扰，多径干扰和远近效应。任何能提高系统抗干扰性能的技术都能提高CDMA的系统容量，本文针对移动通信中存在的各种干扰，对第三代移动通信系统采用的抗干扰关键技术进行了介绍。这些技术包括：空分多址智能天线技术，用于抗多径干扰的RAKE接收技术，抗多址干扰的联合检测技术，并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。
2 智能天线
智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址(SDMA)技术,主要包括两个方面：空域滤波和波达方向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的信号估计。
智能天线通过自适应算法控制加权，自动调整天线的方向图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰，同时也减少了小区间干扰。
3 2D-RAKE接收机
31 2D-RAKE接收机原理
智能天线抑制干扰的能力在多数情况下受天线阵元个数的限制，且当感兴趣信号存在多个非相关多径时，阵列只保留其中的一路信号，而把零陷对准其它信号，这样，阵列能够减小由非相关多径带来的干扰，但未能发挥路径分集的优势，因而是次最优的。为此，联合时域和空域处理的接收技术成为研究的热点。
当信道存在多径时延扩展，且时延大于一个码片周期时，这些多径信号既是多径干扰，又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。目前2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。
空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型，以降低DOA可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量，然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器，以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号，而时间多径合并旨在利用有用信号。
与时域和空域一维干扰抑制不同的是，空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件，而是考虑噪声的存在，使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个，一个是空时最小均方误差准则，另外一个是空时最大似然准则(习惯上称作最大似然序列估计MLSE准则)。
32 2D-RAKE仿真环境参数设置和假设：
WCDMA上行链路，IMT-2000车载A信道模型，天线阵天线采用8阵元均匀线阵，阵元间隔为1/2λ。
物理层参数符合WCDMA要求：1) 载波频率：2GHz ；2)Chip速率：384Mcps ；3)采样速率：3848=3072Msps；4)OVSF扩频：DPDCH(16)，DPCCH(256)；5)不考虑信道编码和交织；6)用户Kasami码加扰
33 仿真结果分析：
(1)当天线无过载时(用户数小于8)，2D-RAKE接收机比传统RAKE接收机有明显的性能改善，能有效的对抗多址干扰。
(2)传统RAKE接收机在没有信道编码时4用户，由于多址干扰严重，BER在10-1出现地板效应，而2D-RAKE接收机则可以达到10-2以下的性能，但在10-3出现地板效应。如要获得更好的性能，必须依靠信道编码技术。
4 联合检测技术
传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理，在用户数增多时，导致了信噪比恶化，系统性能和容量都不如人意。联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息(信号之间的相关性时已知的：如确知的用户信道码，各用户的信道估计)，把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成，从而具有优良的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著地提高系统容量，并削弱了“远近效应”的影响。
5 智能天线结合联合检测(SA+JD)在TD-SCDMA中的应用
51 SA+JD的工作原理
TD-SCDMA系统结合使用了智能天线和联合检测技术：1)智能天线消除小区间干扰，联合检测消除小区内干扰，两者配合使用；2)智能天线缓解了联合检测过程中信道估计的不准确对系统性能恶化的影响；3)当用户增多时，联合检测的计算量非常大，智能天线的使用减少了潜在的多用户; 4)智能天线的阵元数有限，对于M个阵元的智能天线只能抑制M-1个干扰源，而且所形成的副瓣对其它用户而言仍然是干扰，只能结合联合检测来减少这些干扰；5)在用户高速移动下，TDD模式上下行采用同样空间参数使得波束成型有偏差；用户在同一方向时，智能天线不能起到作用；还有对时延超过一个码片的多径造成的码间干扰都需要联合检测来弥补。
52 SA+JD仿真环境参数设置：
TD-SCDMA上行链路,单小区，IMT-2000的室内、步行和车载A信道模型，天线阵天线采用8阵元均匀线阵，阵元间隔为1/2λ。
物理层参数符合TD-SCDMA要求：1)载波带宽16MHz ；2)Chip速率：128Mcps；3)不考虑信道编码和交织 。
53 仿真结果分析
仿真结果表明，通过智能天线和联合检测相结合，TD-SCDMA系统能在ITU要求的三种多径环境下工作在满码道，同时具有较好的抗干扰性能。
6 第三代移动通信系统抗干扰技术的展望
联合检测用于解决多用户之间的干扰问题，而RAKE接受用于解决多径干扰问题，两者虽然不能直接比较，但实现上可以研究在联合检测前加上RAKE接收的算法。此外，第三代系统对多普勒频移的要求更加严格，如何增加RAKE接收机的分支数目，对多径进行有效地分离、调整、选择与合并，需要更加深入地研究。
由于系统的复杂度和成本考虑，智能天线和联合检测这两种技术主要在基站采用，下一步探索在移动终端使用2D-RAKE或者干扰消除(IC)的可行性。此外学术界还提出了下行链路的多用户传输技术--联合发送(JT)，即把联合检测转到发送端来执行，旨在提高下行链路的实际数据传输速率和简化移动台的设计。
波束赋形技术发展过程中，出现了大量的具体技术，其命名、分类并不完全统一，加之近年来与其他技术（如联合检测、功率控制等）的结合乃至融合，使得相关的具体技术更显纷繁复杂。通常可以依据的分类有，根据应用场合的不同将波束赋形技术分为上行链路波束赋形和下行链路波束赋形；根据其所使用的信道特征参量的种类，可分为使用信道空域参量的技术和使用信道空时域参量的技术；根据不同的波束赋形技术对于问题采用的描述方法，可分为优化类和自适应滤波器类；根据波束赋形技术计算使用的方法可分为线性算法和非线性算法。
对于上行链路，由于可以获得可靠的信道实时估计，因此可以采用信道的空时域参量进行波束赋形，以提高上行链路性能。针对移动无线通信系统，尤其是CDMA系统的实际情况，上行链路的波束赋形可以结合信号检测，实现多用户的联合检测。但是应用这一方法存在以下两个问题：算法要求测量所有信道的空时域参数，且测量要求高（除了盲检测算法，大部分算法需要使用训练序列，并要求在获得同步以后进行测量）；计算过于复杂难以实现，尤其是针对多用户的方案。实际可采用的方法有：采用性能次优但较为简单的方法；设计便于并行运算的结构，以硬件代价满足运算时间方面的要求；或者结合两种方法。其中，通过有限度降低算法性能提高算法可实现性的具体方法包括：减少计算需要的参量；减少计算的维数（如使用训练序列进行初始化，或者分解全局优化问题变为互不相关的局部优化问题的叠加）；选择计算复杂度较低的计算方法等。在保证性能的前提下进一步降低系统结构的复杂度主要依赖于使用结构较为简单的处理单元，根据传统的均衡和检测领域的研究，非线性的系统结构和算法可以大大降低系统结构的复杂度，目前对判决反馈结构、神经网络技术等在波束赋形领域的应用已有初步研究。
对于下行链路，由于条件限制很难在下行链路实现对于信道的可靠实时估计。对于TDD模式的系统，在上下行信道间隔时隙很小的条件下，可以近似认为信道未发生变化，从而可以在下行链路使用由上行数据获得的信道空时域参数的估计值，甚至可以直接使用上行波束赋形的数据。但是对于FDD系统，则一般无法满足上下行信道频率间隔足够小的要求使得两者的变化强相关，因此如果不使用反馈回路获取移动站的测量数据，仅可根据上行数据获得一些与频率变化无关或者弱相关的信道参量，这包括信道的空域参量以及空时域参量的平均值等。其中使用空时域参量平均估计值的方法原理上同使用空时域信道参量的方法并无区别，只是由于缺乏对于信道状况的实时跟踪，性能会有所下降。而仅依赖信道空域参量的算法则符合波束赋形的传统含义，即使基站实现下行指向性发射。
仅依赖信道空域参量的算法需要了解目标移动站与基站的相对位置，为了抑制同信道用户间的干扰可能还需要了解同信道移动站与基站的相对位置。这些信息可以由上行信道数据得到，即根据上行数据对波达方向进行估计，因此这种算法又可称为基于DoA估计的算法，由于使用的信息可以认为与上下行信道载频无关，因此可以适用于TDD或者FDD模式的系统。这类算法的主要局限在于较大的DoA估计误差以及天线单元数限制了算法的性能，因此在实际应用时系统性能并不理想。一般，为了减小天线增益凹陷的指向偏差，必须配合使用凹陷点展宽（Null Broadening）技术，即在计算所得的凹陷点附近形成凹陷区，确保对其他用户的干扰降低到最小的程度。
目前，由于上行波束赋形技术的发展，下行链路性能成为提高系统性能的瓶颈，因此迫切需要有效的方法。在可以获得可靠的空时域参量的条件下（TDD模式的系统，或者使用反馈链路的系统），可以应用空时处理方法，但是在具体的表述、算法的实现等方面仍需进一步的系统研究。如果无法获得可靠的空时域参量（不采用反馈链路的FDD模式的系统），那么基于DoA估计的算法应该是最终的解决方案，但是目前的估计精度很难满足实际系统的需要，必须发展对估计误差不敏感的波束赋形算法。
1 阵列天线
阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。阵列天线的辐射电磁场是组成该天线阵各单元辐射场的总和—矢量和由于各单元的位置和馈电电流的振幅和相位均可以独立调整，这就使阵列天线具有各种不同的功能，这些功能是单个天线无法实现的。方向图原理：对于单元数很多的天线阵，用解析方法计算阵的总方向图相当繁杂。假如一个多元天线阵能分解为几个相同的子阵，则可利用方向图相乘原理比较简单地求出天线阵的总方向图。
一个可分解的多元天线阵的方向图，等于子阵的方向图乘上以子阵为单元的天线阵的方向图。这就是方向图相乘原理。一个复杂的天线阵可考虑多次分解，即先分解成大的子阵，这些子阵再分解为较小的子阵，直至得到单元数很少的简单子阵为止，然后再利用方向图相乘原理求得阵的总方向图。这种情况适应于单元是无方向性的条件，当单元以相同的取向排列并自身具有非均匀辐射的方向图时，则天线阵的总方向图应等于单元的方向图乘以阵的方向图。
2智能天线
e( k )=d( k )-w H x( k )利用最小均方误差法(MSE)求出
E[|e|2]=E[|d|2]-2w H r+w H Rxxw
相关性r定义为r=E[dx]=E[d(x s +x i +n)]
Rxx=E[xx H ]=Rss+R uu
Rss=E[xsxs H ]
R uu =R ii +R nn
对任意权值，可以求均方误差关于权向量的梯度，由维纳-霍普夫方程表示为
▽ w (E[|e|2])=2Rxxw-2 r
如果令参考信号d等于期望信号s，且s与所有干扰源无关，则可化简相关性r，得r=E[sx]=Sa0
其中S=E[|s|2]，最优权值可表示为
WMSE=SR xx -1a0
各用户的波达方向的估计算法主要有延迟-相加法、capon法、MUSIC法等。运用矩阵定义
X=AS+N
其中S为波前信号，N为测量噪声，X为天线阵元的输出信号。式中A为阵元对信号源的响应函数。具体为
X=[ x 1(t) x 2(t) … x m(t)] T
S=[s1(t) s2(t) … sD(t)] T
N=[n1(t) n2(t) … n M (t)] T
延迟-相加法(经典波束形成法)的输出功率与达波方向DoA的关系为
P cbf (q)=w H R uu w=a H (q)R uu a(q)
Capon法的阵列输出功率与波达方向DoA的关系为
MUSIC法的阵列空间谱为
其中V为噪声特征向量矩阵。
均方的意思是：一组数的平方的平均值。
含义均方的例句
1、通过对定常解平均方程的稳定性分析，得到了系统主参数共振解的幅频响应曲线。
2、在传统光顺算法的基础上，提出了以曲线曲率极值的均方差作为衡量曲线光顺的指标之一。
3、依据随机过程线性均方估计的正交原理，可由水文站获得的海洋要素估计工程点的海洋要索。
4、医学图像融合的效果评价方法有很多，如信息熵、互信息、均方值、峰值信噪比和平均梯度等。
5、基于径流过程不确定性、不精确性的特点，利用资料系列的均方差方法把径流序列分为不同的状态。
6、为此研究了一种用繁殖码本作为激励源的有效搜索方法，同时讨论了决定最小均方误差激励码字的全搜索过程。
7、该文利用通过非线性最小均方准则获得的独立矢量基，并且根据其所具有的特性，将其应用于均匀线阵的信号波达方向估计。
8、对神经网络输出值和实际值的均方误差及对比曲线分析的结果表明，该方法对解决工程实际中预测问题具有一定的指导意义。
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