【正文】 第七章 多用戶檢測算法理論及其在 CDMA系統(tǒng)的應用 CDMA通信系統(tǒng)中的關鍵技術： 信道編碼與調(diào)制技術：主要用于抗白噪聲； 功率控制技術：主要用于抗慢衰落和遠近效應； Rake接收：主要用于抗頻率選擇性衰落； 信道交織技術：主要用于抗時間選擇性衰落； 分集接收和分集發(fā)送技術：主要用于抗空間選擇性衰落； 多用戶檢測技術 ：主要用于抗多址干擾； 智能天線技術與多載波通信技術：既改善、提高傳輸?shù)挠行в指纳?、提高可靠性? 軟件無線電技術：解決多頻段、多體制、多媒體統(tǒng)一化綜合終端。 ? CDMA系統(tǒng)的主要干擾為碼間干擾和多址干擾 (MAI) ：多址干擾主要是由于多個用戶共享一個信道，不同用戶信號之間存在一定的相關性，之間必然產(chǎn)生干擾，因此多址干擾也稱多用戶干擾。嚴格說來，多址干擾包含同信道干擾和鄰信道干擾，但在干擾抑制中主要考慮的是同信道干擾。 ? 多用戶檢測是種從接收機端的設計入手的干擾抑制方法，它要解決的基本問題是：如何從相互干擾的數(shù)字信息串中可靠地解調(diào)出某個特定用戶的信號。多用戶檢測也稱同信道干擾抑制、多用戶解調(diào)或干擾對消。多用戶檢測技術的發(fā)展是通信技術中最重要的新進展之一。 在 CDMA通信系統(tǒng)中 ， 不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區(qū)分的 ， 而是用各不相同的編碼序列來區(qū)分 。 如果從頻域或時域來觀察 ， 多個 CDMA信號是重疊的 。 接收機用相關器可以在多個 CDMA信號中選出使用特定碼型的信號 ， 而其他使用不同碼型的信號不能被解調(diào) ， 它們的存在類似于在信道中引入了干擾 ， 這就是多址干擾 （ MAI） 。 ? 由個別用戶產(chǎn)生的多址干擾雖然很小，但隨著用戶數(shù)的增多或信號功率的增大，多址干擾就成了寬帶 CDMA系統(tǒng)中的一個主要干擾，它對系統(tǒng)容量起著制約的作用。 ? 信道的容量是由干擾所限定的．尤其是同信道干擾和鄰信道干擾的影響更嚴重。干擾抑制技術能夠在有限的帶寬內(nèi)增加信道容量。 MAI的產(chǎn)生是由于擴頻碼的非正交性，這種非正交性一般源于諸如異步傳輸、多徑傳播或者有限帶寬等現(xiàn)象。此外，由于無線信道的時間彌散特性而引入的 ISI在低速的 CDMA系統(tǒng)中往往被忽視了，但是對于寬帶 CDMA， ISI就不得不引起重視。 傳統(tǒng)的檢測技術完全按照經(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，因而抗多址干擾能力較差；多用戶檢測（ MultiUser Detection， MUD）技術在傳統(tǒng)檢測技術的基礎上，利用造成多址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。因此有必要對多用戶檢測技術做深入的研究。 167。 71 多用戶檢測問題 ? ? ? ? ? ?tniTtsibtAtriKkkkkk ???? ? ?? 1)()( ?k? bK T???? ?? ?101?() ：第 k個用戶的時延， bk(i) ：為用戶 k的第 i個信息碼元，由取值 、 持續(xù) 時間 Tb（碼元周期）的方脈沖組成； sk(t) ： 第 k個用戶的擴頻波形，由取值 、 持續(xù)時間 Tc（碼片周期）的方脈沖組成； 假設異步 DS/CDMA系統(tǒng)中，共有 K個用戶，接收機接收到的信號為： Ak(t)：第 k個用戶的信號幅度，通常認為移動信道是一個慢衰落信道，在一個比特的周期內(nèi)信號幅度保持不變，即 Ak(t) =Ak(i)。 1?? 一 、 傳統(tǒng)檢測器 ? DSCDMA通信系統(tǒng)中 ， 傳統(tǒng)的單用戶檢測器由相關器及判決器組成 ， 相關檢測器可由一組匹配濾波器實現(xiàn) ， 如圖所示 。 檢測時將接收到的信號通過一組匹配濾波器 ， 每個濾波器與一個特定用戶的擴頻波形相匹配 ， 然后對各路匹配濾波器輸出采樣 ， 然后對采樣得到的軟輸出進行判決得到檢測信號 。 ? 傳統(tǒng)檢測技術就是把接收到的信號通過一個匹配濾波器組 ， 利用偽隨機碼的相關性來分離各路信號 。 ? 匹配濾波器的軟輸出之的判決環(huán)節(jié)根據(jù)軟輸出的正負得出用戶數(shù)據(jù) b的估計 。 可以看出傳統(tǒng)檢測器的每一支路檢測一個用戶時沒有考慮其他用戶的存在 ，而是把其他用戶的信號當成了干擾 。 y1 1b? y2 2b? r ( t ) yK Kb? 匹配濾波 器組 t=iT b + τ1 s 1 (t τ1) t=iT b + τ2 s 2 (t τ2) t=iT b + τK s K (t τk) g k (t τk) ?bTbT1 判決 判決 判決 ?bTbT1 ?bTbT1 用戶 k 第 i 個時隙匹配濾波器的輸出為： ???????????K1kjj,kjjKkj1jj,kjjkkk)1(h)1i(b)1i(A)0(h)i(b)i(A)i(b)i(A)i(y )i()1(h)1i(b)1i(Ak1k1jj,kjj????????? （ 8 . 2 ） )( ik?是噪聲經(jīng)相關器后的輸出， ?????????kbbkbTiTtiTtkbkbkdt)t(n)iTt(sT1)i(???? )(,mhjk 是擴頻碼 k 和 j 之間的互相關函數(shù)，定義為????????kbkTttjbjkkbj,kdt)mTt(s)t(sT1)m(h????，}1,0,1{ ??m 顯然有)1(h)1(hk,jj,k??。 ? 或寫作矩陣 ——向量形式 ? 右端前三項 z變換 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?in1iAb1RiAb0R1iAb1Riy T ?????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?H ( z ) A b ( z ) zAbz1R0Rz1R zzAb1RzAb0RzzAb1R1T1T????????? ? ? ? ? ? 1T z1R0Rz1RH ( z ) ????nH ( z ) Aby ??非同步信道 nRAby ??同步信道 將)( iyk送入判決器，則得到對發(fā)送的信息符號)( ibk的估計為： ))(()(?iys i g nibkk? 式 ( 8. 3 ) 包括三部分：預恢復的目標用戶數(shù)據(jù)項、多址干擾項以及與噪聲的相關項。多址干擾項kM A I是由于在 CDMA 系統(tǒng)中，所有用戶均使用相同頻段的無線信道和相同的時隙，用戶間僅靠地址擴頻碼的不同，即靠他們之間互相關特性加以區(qū)分，所以 只要用戶間互相關不為零，就存在著用戶間的干擾，稱為多址干擾?？紤]到同步難以實現(xiàn)，另外信號傳輸中的畸變使原本正交的擴頻波形不再正交，所以互相關1,0),(,??mmhjk通常不全為零。 3)(8 )i(M A I ( i ))i(bA)i(y kkkkk ????? 傳統(tǒng)的匹配濾波器接收機是單用戶加性高斯白噪聲信道中的最優(yōu)接收機，而多址干擾顯然并非高斯分布，所以傳統(tǒng)接收機在 CDMA系統(tǒng)中的性能不佳。 如果擴頻碼具有良好的相關性質(zhì)，即互相關遠小于自相關，其他用戶對第 k個用戶的干擾就很小。但是當用戶數(shù)增多時，多址干擾也隨之增大，傳統(tǒng)檢測器的性能也隨著用戶數(shù)的增多而迅速下降。另外，即使用戶數(shù)不是很多，如果到達接收機的用戶信號功率不同， 當干擾用戶的功率過大時，盡管干擾用戶的擴頻波形與目標用戶的擴頻波形具有很小的互相關值，還是會產(chǎn)生很大的干擾， 那么弱用戶信號可能被其他強用戶信號湮沒。 造成目標用戶的信號淹沒在大功率干擾中而無法正常接收，這就是所謂的遠近效應 NearFar Problem） 。 當用戶離基站距離不同時，這種情況就可能發(fā)生。 同時，由于 CDMA為一干擾受限系統(tǒng)，即干擾的大小直接影響系統(tǒng)容量，因此有效地克服和抑制多址干