【正文】 18 參考文獻 19 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計） 第 1 頁 多用戶檢測技術(shù)研究 1 緒論 多用戶檢測技術(shù)產(chǎn)生背景 第三代移動通信系統(tǒng)是能夠滿足國際電聯(lián)提出的 IMT20xx/FPLMTS系統(tǒng)標準的新一代移動通信系統(tǒng) ， 要求具有很好的網(wǎng)絡(luò)兼容性 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)多個不同系統(tǒng)間的漫游 ， 不僅要為移動用戶提供話音及低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) ， 而且要提供廣泛的多媒體業(yè)務(wù)。ITU已對 IMT20xx的測試環(huán)境提出了具體標準 ， 給出了表征 IMT20xx系統(tǒng)的最低限度的參數(shù) ， 包括支持的數(shù)據(jù)速率范圍、誤碼率標準、單向的時延標準、激活因子和業(yè)務(wù)量模型。根據(jù) ITU的標準 ， 世界各大電信公司聯(lián)盟均已提出了自己的第三代移動通信系統(tǒng)方案 ,主要有以日本 DoCoMo公司為首提出的 WCDMA、美國 Lucent和 Motorola等公司提出的 CDMA20xx、歐洲西門子和阿爾卡特等公司提出的 TDCDMA以及我國提出的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的 TDSCDMA?？傮w來說 ， 雖然這些方案不甚相同 ， 但是全世界在第三代移動通信系統(tǒng)中采用寬帶碼分多址 (CDMA)技術(shù)已經(jīng)達成共識。我國現(xiàn)在已經(jīng)具備了第二代移動通信系統(tǒng)的整體開發(fā)能力 ， 但在第三代移動通信系統(tǒng)的研究開發(fā)方面還剛剛起步。當前最為迫切的任務(wù)是進行寬帶 CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)的研究工作 ， 要努力形成自己的專利技 術(shù) ， 提高中國電信業(yè)的獨立性和與外國電信廠商競爭的能力。寬帶CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括抗干擾 (多用戶檢測 )、抗多徑衰落 (天線分集和 RAKE接收 )、抗遠近效應(yīng) (功率控制 )等 ， 而它們之間又是相輔相成、互相補充的 ， 均為當前研究的熱點。 近年來移動通信一直是全球電信業(yè)的熱點 , 其發(fā)展狀況備受矚目。目前全球的移動電話用戶數(shù)量已超過 23億 , 移動通信將在未來的通信方式中占據(jù)越來越重要的位置。移動通信系統(tǒng)在經(jīng)歷第一代和第二代后 , 第三代移動通信系統(tǒng) (3G)在 20xx年 進入準備啟動階段 , 到 20xx年 5月底 , 全球共頒發(fā)了 156張 3G許可證。與前兩代系統(tǒng)相比 , 第三代移動通信系統(tǒng)的主要特征是可提供豐富多彩的移動多媒體業(yè)務(wù) , 而且有更大的系統(tǒng)容量、更好的通信質(zhì)量 , 能在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無縫漫游及為用戶提供包括話音、數(shù)據(jù)及多媒體等在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)。目前國際電聯(lián)接受的 3G標準主要有以下三種 :WCDMA、 CDMA20xx與 TDSCDMA。因此 ， 碼分多址接入 (Code Division Multiple Access, CDMA)技術(shù)已經(jīng)成為第三代移動通信系統(tǒng)中的主流技術(shù)。與傳統(tǒng)的 FDMA、 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計） 第 2 頁 TDMA系統(tǒng)相比 , CDMA系統(tǒng)具有頻率 規(guī)劃簡單、軟容量、保密性好、易于無縫切換和宏分集等優(yōu)點 ,但 CDMA系統(tǒng)的主要缺陷就是由多址干擾帶來的容量限制。在蜂窩移動碼分多址通信中 , 干擾大概分為三種類型 :加性白噪聲干擾、多徑干擾與多用戶間的多址干擾。由于在同一個小區(qū)間同時通信的用戶不是一個而是多個 ,在碼分多址中多個用戶占用同一時隙、同一頻率 ,當同時通信用戶數(shù)較多時 ,多址干擾成為最主要的干擾。CDMA系統(tǒng)是一個多入多出 (MIMO)系統(tǒng) ， 采用傳統(tǒng)的單入單出 (SISO)檢測方法 ,如匹配濾波器 ,不能充分利用用戶間的信息 ,而將多址干擾認為是高斯白噪聲。所以多址干擾不僅嚴重影響系統(tǒng)的抗干擾性 ,而且也嚴格限制了系統(tǒng)的容量提高。在多徑衰落環(huán)境下 ,由于各個用戶之間所用的擴頻碼通常難以保持正交 ,因而造成多個用戶之間的相互干擾 ,并限制系統(tǒng)容量的提高。解決以上問題的一個有效方法是使用多用戶檢測技術(shù) (Multiple User Detection, MUD)。 多用戶檢測技術(shù)簡介 多用戶檢測是寬帶 CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實際的 CDMA通信系統(tǒng)中 ， 各個用戶信號之間存在一定的相關(guān)性 ， 這就是多址干擾 (Multiple Access Interference ,MAI)存在的根源。由個別用戶產(chǎn)生的 MAI 固然很小 ， 可是隨著用戶數(shù)的增加或信號功率的增大 ， MAI 就成為寬帶 CDMA通信系統(tǒng)的一個主要干擾。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理 ， 因而抗MAI 干擾能力較差 ； 多用戶檢測 (MultiUser Detection, MUD)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上 ， 充分利用造成 MAI 干擾的所有用戶信號信息對單個用戶的信號進行檢測 ， 從而具有優(yōu)良的抗干擾性能 ， 解決了遠近效應(yīng)問題 ， 降低了系統(tǒng)對功率控制精度的要求 ， 因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源 ， 顯著提高系統(tǒng)容量。 目前尋求 MUD技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合的方法 ,以實現(xiàn)聯(lián)合優(yōu)化?，F(xiàn)在研究較多的有 MUD技術(shù)與空時二級信號處理、信道編碼、功率控制等技術(shù)的結(jié)合 ； 另外 ,還有用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多用戶檢測可以考慮系統(tǒng)的非線性、非平衡性和非高斯性 ,因此 ,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測近來也受到人們的注意。還有將智能天線技術(shù)引入多用戶檢測 ,實現(xiàn)碼分和空分的有力結(jié)合。相信 , 隨著第三代通信系統(tǒng)逐步步入商用階段 ,由于用戶數(shù)急 劇膨脹 ,系統(tǒng)中的多址干擾會日益嚴重 , 因此對 多 用戶檢測技術(shù)的需求會更加迫切 ,多用戶檢測技術(shù)聯(lián)合其他優(yōu)化技術(shù)必將發(fā)揮它重要的作用 ,它的發(fā)展將會進一步 完善 第三代移動通信系統(tǒng) 。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計） 第 3 頁 2 多用戶檢測技術(shù) 多用戶檢測技術(shù)概述及其作用 多用戶檢測是第三代移動通信系統(tǒng)中寬帶 CDMA通信系統(tǒng)抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理，因而抗多址干擾 ( MAI )能力較差； 如圖 ， 多用戶檢測 (MultiUser Detection, MUD)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上， 通過取消小區(qū)間干擾來改進性能，增加系統(tǒng)容量。實際容量的增加取決于算法的有效性、無線環(huán)境和系統(tǒng)負載。 充分利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對多個用戶做聯(lián)合檢測或從接收信號中減掉相互間干擾的方法，有效地消除 MAI 的影響，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能。在理想情況下，應(yīng)用多用戶檢測技術(shù)，系統(tǒng)的性能將接近單用戶時的性能。這顯然消除了“遠 — 近”效應(yīng)的影響，可以簡化用戶的功率控制，降低系統(tǒng)對功率控制精度的要求。并且由于 MAI 的消除，用戶在較小的信噪比下就可達到可靠的性能，單用戶信噪比的降低可以直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)容量的增加，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量 。 發(fā) 射 機 1發(fā) 射 機 n發(fā) 射 機 2信 道接 收 機 圖 多用戶檢測技術(shù)原理圖 多用戶檢測的作用就是去除多用戶之間的相互干擾。也就是根據(jù)多用戶檢測算法，在經(jīng)過非正交信道和非正交的擴頻碼字，重新定義用戶判決的分界線，在這種新的分界線上，可以達到更好的判決效果，去除用戶之間的相互干擾。 多用戶檢測的主要優(yōu)點：它是消除或減弱 CDMA中多址干擾的有效手段，也是消除或減弱 CDMA中多徑衰落干擾的有效手段，并且能夠消除或減弱 CDMA中的遠近效應(yīng)，簡化 CDMA系統(tǒng)中的功率控制，降低功率控制的精度要求，彌補 CDMA中由于正交擴頻互相關(guān)性不理想所帶來的一系列消極影響，改善 CDMA系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)容量、擴大 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計） 第 4 頁 校區(qū)覆蓋范圍 。多用戶檢測的主要缺點：大大增加 CDMA系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜度，增加 CDMA系統(tǒng)的處理時延，特別是對于采用自適應(yīng)算法，以及對于擴頻碼較長的系統(tǒng)更是如此。多用戶檢測一般需要知道很多附加信息，如所有用戶的擴頻碼、衰落信道的主要統(tǒng)計參量：幅度、相位。延時等，這對于時變信道，需要不停地對每個用戶信道進行實時估計才能實現(xiàn)，一般而言是非常困難的，而且參量估計的精度將直接影響多用戶檢測器的性能好壞。 多用戶檢測技術(shù)工作原理 如下圖 ，假設(shè)有 k 個用戶， 每個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)比特 12kbb b ，通過擴頻碼字進行頻率擴展，經(jīng)過無線信道傳輸，加入了噪 聲 ，接收端接收的用戶信號與同步的擴頻碼字相關(guān)，接收機相乘器由乘法器、積分和信息轉(zhuǎn)存功能部分組成。解擴后的結(jié)果通過多用戶檢測算法去除用戶之間的干擾，得到用戶的信號估計 值12? ? ?kbb b。多用戶檢測將不期望的多接入干擾從接入信號中分離。多用戶檢測輸出的是估測的數(shù)據(jù)比特。從原理圖上就可以看出：多用戶檢測的關(guān)鍵取決于相關(guān)器的同步擴頻碼字跟蹤、各個用戶信號的檢測性能、相對能量的大小信道估計的準確性等接收機的性能，也就是取決于捕捉到的能量、相位的影響和碼跟蹤差錯。在理想情況下，與沒有 MUD的系統(tǒng)相比， MUD減少干擾 。實際情況下， MUD的有效性不到 100% ，也就是說取決于檢測方案、信道估計、時延估測和功率控制差錯。 積 分清 洗積 分清 洗積 分清 洗多用戶檢測算法1b2bkb