【正文】 第七章 多用戶檢測算法理論及其在 CDMA系統(tǒng)的應(yīng)用 CDMA通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)： 信道編碼與調(diào)制技術(shù)：主要用于抗白噪聲； 功率控制技術(shù)：主要用于抗慢衰落和遠(yuǎn)近效應(yīng)； Rake接收：主要用于抗頻率選擇性衰落； 信道交織技術(shù)：主要用于抗時(shí)間選擇性衰落； 分集接收和分集發(fā)送技術(shù)：主要用于抗空間選擇性衰落； 多用戶檢測技術(shù) ：主要用于抗多址干擾； 智能天線技術(shù)與多載波通信技術(shù)：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(shù)：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(gè)用戶共享一個(gè)信道，不同用戶信號之間存在一定的相關(guān)性，之間必然產(chǎn)生干擾，因此多址干擾也稱多用戶干擾。嚴(yán)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(jī)端的設(shè)計(jì)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(gè)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(shù)的發(fā)展是通信技術(shù)中最重要的新進(jìn)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(shí)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(shí)域來觀察 ， 多個(gè) CDMA信號是重疊的 。 接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè) 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(gè)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(gè)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(yán)重。干擾抑制技術(shù)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(kuò)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(shí)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(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對每個(gè)用戶的信號分別進(jìn)行擴(kuò)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(shù)在傳統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用造成多址干擾的所有用戶信號信息對單個(gè)用戶的信號進(jìn)行檢測，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)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。因此有必要對多用戶檢測技術(shù)做深入的研究。 167。 71 多用戶檢測問題 ? ? ? ? ? ?tniTtsibtAtriKkkkkk ???? ? ?? 1)()( ?k? bK T???? ?? ?101?() ：第 k個(gè)用戶的時(shí)延， bk(i) ：為用戶 k的第 i個(gè)信息碼元，由取值 、 持續(xù) 時(shí)間 Tb（碼元周期）的方脈沖組成； sk(t) ： 第 k個(gè)用戶的擴(kuò)頻波形，由取值 、 持續(xù)時(shí)間 Tc（碼片周期）的方脈沖組成； 假設(shè)異步 DS/CDMA系統(tǒng)中，共有 K個(gè)用戶，接收機(jī)接收到的信號為： Ak(t)：第 k個(gè)用戶的信號幅度，通常認(rèn)為移動信道是一個(gè)慢衰落信道，在一個(gè)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(guān)器及判決器組成 ， 相關(guān)檢測器可由一組匹配濾波器實(shí)現(xiàn) ， 如圖所示 。 檢測時(shí)將接收到的信號通過一組匹配濾波器 ， 每個(gè)濾波器與一個(gè)特定用戶的擴(kuò)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(jìn)行判決得到檢測信號 。 ? 傳統(tǒng)檢測技術(shù)就是把接收到的信號通過一個(gè)匹配濾波器組 ， 利用偽隨機(jī)碼的相關(guān)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(fù)得出用戶數(shù)據(jù) b的估計(jì) 。 可以看出傳統(tǒng)檢測器的每一支路檢測一個(gè)用戶時(shí)沒有考慮其他用戶的存在 ，而是把其他用戶的信號當(dāng)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(gè)時(shí)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(guān)器后的輸出， ?????????kbbkbTiTtiTtkbkbkdt)t(n)iTt(sT1)i(???? )(,mhjk 是擴(kuò)頻碼 k 和 j 之間的互相關(guān)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?qū)懽骶仃?——向量形式 ? 右端前三項(xiàng) 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(jì)為： ))(()(?iys i g nibkk? 式 ( 8. 3 ) 包括三部分：預(yù)恢復(fù)的目標(biāo)用戶數(shù)據(jù)項(xiàng)、多址干擾項(xiàng)以及與噪聲的相關(guān)項(xiàng)。多址干擾項(xiàng)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(shí)隙，用戶間僅靠地址擴(kuò)頻碼的不同，即靠他們之間互相關(guān)特性加以區(qū)分，所以 只要用戶間互相關(guān)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(shí)現(xiàn)，另外信號傳輸中的畸變使原本正交的擴(kuò)頻波形不再正交，所以互相關(guān)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(jī)是單用戶加性高斯白噪聲信道中的最優(yōu)接收機(jī)，而多址干擾顯然并非高斯分布，所以傳統(tǒng)接收機(jī)在 CDMA系統(tǒng)中的性能不佳。 如果擴(kuò)頻碼具有良好的相關(guān)性質(zhì)，即互相關(guān)遠(yuǎn)小于自相關(guān)，其他用戶對第 k個(gè)用戶的干擾就很小。但是當(dāng)用戶數(shù)增多時(shí)，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(dá)接收機(jī)的用戶信號功率不同， 當(dāng)干擾用戶的功率過大時(shí)，盡管干擾用戶的擴(kuò)頻波形與目標(biāo)用戶的擴(kuò)頻波形具有很小的互相關(guān)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(qiáng)用戶信號湮沒。 造成目標(biāo)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(yuǎn)近效應(yīng) NearFar Problem） 。 當(dāng)用戶離基站距離不同時(shí)，這種情況就可能發(fā)生。 同時(shí)，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