时间反转技术在无线通信抗干扰中的应用

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1、时间反转技术在无线通信抗干扰中的应用*熊兴中1,2,胡剑浩1（1.电子科技大学通信抗干扰国家重点实验室成都610054；2.四川理工学院自贡643000）摘　要时间反转技术是一种空间信道匹配新技术，具有空间及时间聚焦特性，在克服码间干扰、共道干扰和多址干扰等方面具有独特的优势。本文简要介绍了时间反转技术的基本概念及其空间和时间聚焦特性，通过与一些传统抗干扰技术的对比分析，总结了时间反转技术在无线通信抗干扰中的应用及研究进展,同时指出了今后的研究方向。关键词　时间反转；码间干扰；共道干扰；多址干扰1　引言无线通信系统的传播环境相当复杂，常常遭受各种干扰的影响，其中比

2、较典型的有多址干扰（MAI）、共道干扰（CCI）和码间干扰（ISI）等，为了提高无线通信系统信息传输的可靠性，对抗和减少这些由不同机理所产生的有害干扰的影响，人们提出了各种通信抗干扰抑制技术，保护通信系统在干扰环境下能准确、实时和不间断地传输信息。CDMA技术是第三代移动通信系统（3G）的核心技术，得到了广泛的应用。目前在3G系统中采用的是直接序列扩频技术，这种DS-CDMA系统在实际应用中并没有完全发挥出CDMA在容量上的潜在优势。在直接序列扩频通信系统中，由于多个用户的随机接入，各个用户所使用的扩频码一般不能保证严格正交，且与用户间很难做到严格同步，从而使非零

3、互相关系数引起各用户间的相互干扰，这种干扰称为多址干扰[1,2]。多址干扰严重影响了接收性能与系统容量，在DS-CDMA系统的接收端，通常运用匹配滤波器来尽量减少多址干扰。随着CDMA系统容量的扩大，MAI问题日益严重，影响到3G及未来移动通信系统容量及频谱利用率的进一步提高，因而多用户检测技术成为当前和未来移动通信的关键问题之一。近几年来，为了消除这种干扰，许多研究人员对迭代多用户检测进行了广泛的研究。2002年香港城市大学的李坪教授提出了IDMA（interleavedivisionmultipleaccess，交织多址接入）的概念[3]，在IDMA系统中，交

4、织器作为区分用户的惟一手段，对不同的用户采用不同的交织图案，在码片级迭代多用户检测的作用下进行软干扰抵消，从而实现抑制和消除MAI。但IDMA迭代多用户检测的收敛速度随着用户数的增加变得非常缓慢，这不利于高速数据传输，成为IDMA迭代多用户检测的速度瓶颈。另外，在无线通信系统中，各种物体对传输信号的反射导致了多径传播，由于不同传播路径具有不同的、随机的延迟特性，因而信号到达的时间不一致，致使发射端发射的一个脉冲信号在接收端接收的信号中不但包含该脉冲，而且包含它的各个时延信号，从而产生码间干扰。ISI是无线通信系统设计必须考虑的问题，特别是高速传输的环境中。消除IS

5、I的典型手段有信道均衡技术和正交频分复用（OFDM）技术等。其中信道均衡的复杂度随归一化信道色散长度L（L=最大多径时延/符号周期）的增加而增加，当数据速率较低时，L较小，均衡器的实现是可行的；当数据速率较高时，L较大，均衡器的实现将变得复杂而难以实现。多载波传输技术是解决上述问题的途径之一，其中又以OFDM最为常用，在OFDM中，信道的多径扩展使得OFDM信号的各个子载波在接收端不再正交，产生ISI和CCI。解决多径扩展的一个有效办法是在OFDM符号中加入足够宽的时间保护间隔，便可全部或部分消除ISI的影响[4]，但随之而来的是数据速率的降低。对来自不同网络但与

6、需要信号工作在相同频带的信号所产生的干扰通常称为共道干扰。如蜂窝移动通信系统中来自相邻蜂窝的干扰，这是蜂窝系统中使用FDMA的主要限制，也是第二代系统中不使用FDMA的主要原因。目前比较典型的抑制CCI的技术手段是智能天线[5]。由上可见，为了应对不同的干扰，常常需要将多种技术有机结合，致使系统的复杂度大增，不利于设备的简化及成本的降低。时间反转技术作为一种具有空间信道匹配功能的新技术，该技术充分利用信道状态信息来抑制干扰，时间反转不但实现简单，而且具有抑制码间干扰、共道干扰和多址干扰的能力[6～15]，在抗干扰方面性能突出。本文通过与传统的RAKE接收、智能天线

7、和信道均衡等抗干扰技术的对比分析，简要介绍时间反转技术的基本概念以及时间反转的空间和时间聚焦特性，分析总结时间反转技术在无线通信抗干扰中的应用及研究进展。2　时间反转2.1　时间反转的基本原理时间反转是光学中的相位共轭法的引申，频域中的相位共轭可用时域中的时间反转来实现。根据收发单元的特点，将时间反转分为无源时间反转和有源时间反转，它们的区别是无源时间反转只需要接收单元，不用再发射，而有源时间反转需要收发配合。在无线通信系统中使用的时间反转一般可称为无源时间反转，基本工作过程是，首先在基站接收端估计信道冲激响应，然后得到信道冲激响应的时间反转的共轭形式，最后用信道

8、冲激响应的