本文研究了智能天线在FDD-CDMA中的下行链路的应用，利用上行链路接收数据，估计了下行链路的信道相关矩阵和对其它小区用户的相对干扰总量，给出下行链路的波束形成方法，即在保证一定的有效发送功率的同时，使得对其他小区的用户干扰最小.计算机仿真表明：在多小区蜂窝CDMA环境中，采用上述方法比仅保证用户方向的最大发送功率，有更小的中断率.

关键词:FDD-CDMA;下行链路波束形成;信道相关矩阵;最小相对干扰

一、引言

智能天线或自适应阵列已得到广泛研究，并开始应用于移动通信.目前，由于体积和复杂度等因素，智能天线概念只适应于基站.已有大量文献报道了智能天线在上行信道的一些算法及容量分析，而对下行信道的波束形成的研究很少.基站在发送前是不能观察到下行链路的信道特征.在FDD双工方式，上、下行载波的频率差大于相干频带，上、下行信道是不相关的.因此，不能用上行信道直接估计下行信道，故将智能天线应用于下行链路是一个难点.近来，已提出了几种方法，如波束功换系统法，角度估计法[1]，子空间影射法[4，5]和移动台反馈法[2]等.但这些文献都是针对TDMA系统的，在CDMA系统中，同频干扰数远大于一般天线阵列的自由度，因此，几乎没有文献报道CDMA中的下行链路的波束形成.只有文献[6]在假设已知下行信道特征的条件下，研究了CDMA系统的下行链路的性能，该方法仅仅保证移动台有最大接收功率，而忽略了对其他移动台的干扰.本文利用上行链路的接收数据来估计下行链路的信道相关矩阵，进一步估计出相对干扰总量.在保证一定的有效发送功率下，使得对其他用户的干扰总和(相对于其他用户的接收功率而言)最小.为了便于比较，我们称文献[6]中的方法为最大阵列增益法(MAG);而将本文中的方法称为最小相对干扰法(MRI).

二、信道模型

信号在移动台和基站之间的传输，一般要经过三种机制：路径损失、阴影慢衰落和多径快衰落.多径快衰落是运动用户的信号经许多局部特体散射而成，如图1所示.当基站采用天线阵列接收和发送时，多径快衰落可用矢量信道来描述：

(1)

其中，hi,ψi,φi,θi,fd分别为第i条路径的幅度(散射系数)、与移动台运动方向的夹角、相位、入射角和多普勒频率.hi满足：

(2)

ψi,φi为相互独立的随机变量，在[0,2π]均匀分布;a(θi)为阵列响应矢量，表示为：

a(θi)=[1,ej2πlsinθi/λ，…,ej2π(m-1)dsinθi/λ]T(3)

上式中m为阵元数，入射角θi有一角度扩散Δ，且在[θ0-Δ,θ0+Δ]均匀分布.显然，当路径数N很大时，v(t)为零均值，复高斯随机矢量，幅度的模满足瑞利分布.此外，信号还将受阴影衰落和路径损失的影响，用下式来表示：

(4)

其中，r(t)表示基站和移动台的距离，n为路径损失指数，一般取2.5～5，本文取4，s(t)为阴影衰落，满足对数正态分布，即

s(t)=10(ξ/10)(5)

其中ξ为零均值高斯随机变量，标准偏差一般6～12dB.本文取σ=8dB.

图1局部散射模型

三、FDD下行链路发送

1.单小区情况

在IS-95中，下行链路采用了正交码同步技术，同小区用户之间的干扰很小.由于本文仅考虑平坦衰落信道，因此忽略同小区干扰.假设已知用户的下行链路的发送阵列响应矢量为v(t)，基站到用户的路径损失和阴影衰落表示为β(t)，基站发送功率为PT,设下行链路的发送加权系数为w，白高斯噪声功率为σ2，则用户接收的信号可表示为：

x(t)=wH.β(t).b(t).c(t).v(t)+n(t)(6)

其中b(t),c(t)分别为信息序列和扩频序列，设G为处理增益.因此，解扩后的信噪比为：