【正文】 學(xué)院、系 電子信息工程學(xué)院 電子系 專業(yè)名稱 電子信息科學(xué)與技術(shù) 多用戶檢測(cè)技術(shù)研究 多用戶檢測(cè)技術(shù)研究 摘要 ： 多用戶檢測(cè)是寬帶 CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。然后對(duì)各類多用戶檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。 it overall evaluates all users or certain users who occupy some channels, other users to any user39。總體來(lái)說(shuō) ， 雖然這些方案不甚相同 ， 但是全世界在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用寬帶碼分多址 (CDMA)技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。 近年來(lái)移動(dòng)通信一直是全球電信業(yè)的熱點(diǎn) , 其發(fā)展?fàn)顩r備受矚目。目前國(guó)際電聯(lián)接受的 3G標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三種 :WCDMA、 CDMA20xx與 TDSCDMA。由于在同一個(gè)小區(qū)間同時(shí)通信的用戶不是一個(gè)而是多個(gè) ,在碼分多址中多個(gè)用戶占用同一時(shí)隙、同一頻率 ,當(dāng)同時(shí)通信用戶數(shù)較多時(shí) ,多址干擾成為最主要的干擾。解決以上問(wèn)題的一個(gè)有效方法是使用多用戶檢測(cè)技術(shù) (Multiple User Detection, MUD)。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理 ， 因而抗MAI 干擾能力較差 ； 多用戶檢測(cè) (MultiUser Detection, MUD)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上 ， 充分利用造成 MAI 干擾的所有用戶信號(hào)信息對(duì)單個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) ， 從而具有優(yōu)良的抗干擾性能 ， 解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題 ， 降低了系統(tǒng)對(duì)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。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(huì)日益嚴(yán)重 , 因此對(duì) 多 用戶檢測(cè)技術(shù)的需求會(huì)更加迫切 ,多用戶檢測(cè)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(huì)進(jìn)一步 完善 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 。 充分利用造成多址干擾的所有用戶信號(hào)信息對(duì)多個(gè)用戶做聯(lián)合檢測(cè)或從接收信號(hào)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。 發(fā) 射 機(jī) 1發(fā) 射 機(jī) n發(fā) 射 機(jī) 2信 道接 收 機(jī) 圖 多用戶檢測(cè)技術(shù)原理圖 多用戶檢測(cè)的作用就是去除多用戶之間的相互干擾。多用戶檢測(cè)一般需要知道很多附加信息，如所有用戶的擴(kuò)頻碼、衰落信道的主要統(tǒng)計(jì)參量：幅度、相位。多用戶檢測(cè)將不期望的多接入干擾從接入信號(hào)中分離。實(shí)際情況下， MUD的有效性不到 100% ，也就是說(shuō)取決于檢測(cè)方案、信道估計(jì)、時(shí)延估測(cè)和功率控制差錯(cuò)。本節(jié)主要介紹線性干擾消除，下章具體介紹非線性干擾消除 。實(shí)際上 T 是一個(gè)非因果的無(wú)限沖擊響應(yīng)的矩陣傳遞函數(shù) ,是不可實(shí)現(xiàn)的。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) MMSE多用戶檢測(cè) 使用最小均方誤差準(zhǔn)則 ， 可以得到 MMSE多用戶檢測(cè)。這一算法的基本思想是應(yīng)用的矩陣多項(xiàng)式來(lái)逼近一個(gè)線性變換。因此，人們開始直接從業(yè)務(wù)信號(hào)本身提取信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，成為盲自適應(yīng)檢測(cè)。但對(duì)于慢時(shí)變的移動(dòng)信道，它仍是很有吸引力的算法。干擾抵消多用戶檢測(cè)主要有串行干擾消 除和 并行干擾消 除。將檢測(cè)用戶信號(hào)的功率按從大到小 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 8 頁(yè) 排列的原因是： (1)強(qiáng)功 率用戶用傳統(tǒng)檢測(cè)器時(shí)，其誤碼率比弱功率用戶低，容易得到正確的判 。 用戶1匹配濾波器延 遲判決? ?rt1Y幅度估計(jì)1?b? ?1 tA ??擴(kuò)頻序列? ?1 tS ??? ?1 tr??圖 串行干擾消除原理圖 然后再檢測(cè)次最強(qiáng)用戶信號(hào)，重復(fù)以下步驟， “ 判決 — 再造 — 消除 ” ，直至所有用戶信號(hào)被檢測(cè)出。 通過(guò)上述過(guò)程可以看出： (1)串行干擾消除按信號(hào)功率從大到小依次相消，其性能很大程度上取決于用戶接收信號(hào)的功率分布，用戶接收信號(hào)的功率分布差別越大， 性能提高就越明顯。 同時(shí)這也導(dǎo)致 SIC檢測(cè)有一個(gè)顯著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取決于初始數(shù)據(jù)估計(jì)的可靠性。因此，在 SIC方案中，每個(gè)分組的用戶不宜取太多，一般取 4個(gè)用戶即可。因此，必須在信號(hào)功率排序的速度和能夠接收的運(yùn)算復(fù)雜度之間進(jìn)行權(quán)衡。存在的問(wèn)題是：對(duì)干擾的估計(jì)要求相當(dāng)準(zhǔn)確，否則干擾刪除的效果會(huì)大大削弱甚至使系統(tǒng)惡化。各種 CDMA多用戶檢測(cè)算法的區(qū)別主要是對(duì)匹配濾波器的輸出處理方式不同，即 CDMA多用戶檢測(cè)器所要解決的問(wèn)題主要是如何利用匹配濾波器的輸出 Y ，準(zhǔn)確快速地估計(jì)出用戶發(fā)送的信息序列 b 。 并行干擾消除 并行干擾消除操作過(guò)程及注意事項(xiàng) 并行干擾消除 (Parallel Interference Cancellation, PIC)為了解決 SIC在時(shí)延以及重排上的缺陷問(wèn)題，產(chǎn)生了并行干擾 消 除檢測(cè)，它不需要對(duì)用戶的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行排序。在每一級(jí)中，根據(jù)上一級(jí)的輸出在每個(gè)用戶的接收信號(hào)中去掉其它用戶對(duì)它產(chǎn)生的多址干擾，并用修改過(guò)的接收信號(hào)對(duì) 所有 用戶的信號(hào)進(jìn)行重新估計(jì)。 具體的操作如下： 如圖 ， 并行干擾消除檢測(cè)器的每一級(jí)將前一級(jí)的硬判決輸出與幅度估計(jì)相乘，再通過(guò)擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，就得到了延時(shí)一個(gè)比特的每個(gè)用戶接收信號(hào)的估計(jì)值。并行干擾消除器最大優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性關(guān)系，所以大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度，有利于高速實(shí)時(shí)應(yīng)用，但是由于進(jìn)行了判決反饋所以相對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)器的改進(jìn)依賴于第一級(jí)判決的正確度。 并行干擾消除檢測(cè)算法 不失一般性，以用戶 0k 為例來(lái)推導(dǎo)并行干擾消除的過(guò)程 。各種 CDMA多用戶檢測(cè)算法的區(qū)別主要是對(duì)匹配濾波器的輸出處理方式不同，即 CDMA多用戶檢測(cè)器所要解決的問(wèn)題主要是如何利用匹配濾波器的輸出 Y ，準(zhǔn)確快速地估計(jì)出用戶發(fā)送的信息序列 b 。如果級(jí)數(shù)過(guò)多，對(duì)性能改善并不明顯，有可能出現(xiàn)下一級(jí)誤碼率高于上一級(jí)誤碼率現(xiàn)象，這時(shí)并行干擾抵消算法反而帶來(lái)誤碼率的惡化。但解相關(guān)法對(duì)信道噪聲有放大作用。 串行干擾消除多用戶檢測(cè)器在接收信號(hào)中對(duì)多個(gè)用戶逐個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)判決，判出一個(gè)就從總的接收信號(hào)中減去該信號(hào)，從而消除該用戶信號(hào)造成的多址干擾。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10106105104103102101E b / N 0BERM U D 單用戶檢測(cè)S I C 圖 傳統(tǒng)檢測(cè)和串行干擾消除檢測(cè)的比較 線性干擾消除和非線性干擾消 除的性能比較 由圖 ，隨著干擾用戶功率的增加，相同情況下，解相關(guān)檢測(cè)器的性能下降的要比串行干擾消除檢測(cè)器的快，即串行干擾消除檢測(cè)的誤比特率小于解相關(guān)檢測(cè)的誤比特率。 因此 ,對(duì)實(shí)際的多速率 SIC系統(tǒng)進(jìn)行功率分配時(shí) ,不能簡(jiǎn)單地用理想 SIC模型來(lái)替代實(shí)際的線性 SIC系統(tǒng) ,以免系統(tǒng) 性能嚴(yán)重惡化 。多用戶檢測(cè)技術(shù)作為抑制多址干擾的主要手段， 20世紀(jì) 80年代中期以來(lái)成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。在抗 “ 遠(yuǎn)一近 ” 效應(yīng)方面，由于解相關(guān)矩陣用戶檢測(cè)器是全解相關(guān)，因而不受 “ 遠(yuǎn)一近 ” 效應(yīng)的影響，故它的抗 “ 遠(yuǎn)一近 ” 效應(yīng)最強(qiáng)，而最小均方誤差檢測(cè)器是部分解相關(guān)，它的抗 “ 遠(yuǎn)一近 ” 效應(yīng)性能劣于解相關(guān)矩陣檢測(cè)器，但優(yōu)于傳統(tǒng)檢測(cè)器。通過(guò)多用戶 檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)使第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)更加完善，得到更大范圍的商用。碼分多址通信系統(tǒng)中，由于多用戶檢測(cè)技術(shù)的存在，有效削弱了小區(qū)內(nèi)多址干擾的影響，使得系統(tǒng)容量顯著提高 ； 其次，上行鏈路性能的改進(jìn)允許移動(dòng)臺(tái)使用較小的處理增益工作，這意味著同樣的帶寬可以支持更高的數(shù)據(jù)速率，或?qū)⒍嘤嗟膸捰糜诟纳葡滦墟溌返娜萘?； 再次，由于多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的減弱，降低了所有用戶以同樣功率達(dá)到接收端的要求，所以多用戶檢測(cè)器的使用對(duì)移動(dòng) 臺(tái)功率控制的精度要求有所降低。 在背景噪聲不大、多址干擾占主導(dǎo)的情況下，解相關(guān)矩陣檢測(cè)器的優(yōu)勢(shì)比較明顯，而在背景噪聲較大的情況下，解相關(guān)矩陣檢測(cè)器的性能可能低于傳統(tǒng)檢測(cè)器。從而為分析、選擇不同多用戶檢測(cè)器提供了一些依據(jù) ,也為進(jìn)一步研究多用戶檢測(cè)算法提供了一定的參考。在任何條件下 ,相對(duì)于傳統(tǒng)的單用戶接收機(jī)系統(tǒng) ,采用線性 SIC技術(shù)能顯著提高系統(tǒng)容量 。 如圖 ， 在相同情況下，串行干擾消除檢測(cè)器 性能比傳統(tǒng)檢測(cè) 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 器有較大提高， 誤比特率明顯小于傳統(tǒng)檢測(cè)的誤比特率。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10105104103102101E b / N 0BERM U D 解相關(guān)檢測(cè)單用戶檢測(cè) 圖 傳統(tǒng)檢測(cè)和解相關(guān)檢測(cè)的性能比較 傳統(tǒng)檢測(cè)和干擾消除接收機(jī)的比較 干擾消除多用戶檢測(cè)技術(shù)包括串行干擾消除和并行干擾消除。一般而言，從系統(tǒng)處理時(shí)延和復(fù)雜度考慮，級(jí)數(shù)應(yīng)限制在三級(jí)以內(nèi)。同步信道下 ， 第一級(jí)采用傳統(tǒng)檢測(cè)的兩級(jí)并行干擾消除檢測(cè)器的第 k 個(gè)用戶的判決輸出可以表示為： sg nk k j jk jjkb y A b???????????