【正文】 學院、系 電子信息工程學院 電子系 專業(yè)名稱 電子信息科學與技術 多用戶檢測技術研究 多用戶檢測技術研究 摘要 ： 多用戶檢測是寬帶 CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關鍵技術。然后對各類多用戶檢測技術的特點進行了分析比較。 it overall evaluates all users or certain users who occupy some channels, other users to any user39?？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)技術已經(jīng)達成共識。 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。目前國際電聯(lián)接受的 3G標準主要有以下三種 :WCDMA、 CDMA20xx與 TDSCDMA。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。解決以上問題的一個有效方法是使用多用戶檢測技術 (Multiple User Detection, MUD)。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MAI 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 ， 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。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 用戶檢測技術的需求會更加迫切 ,多用戶檢測技術聯(lián)合其他優(yōu)化技術必將發(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) 。 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。 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。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。多用戶檢測將不期望的多接入干擾從接入信號中分離。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。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 。實際上 T 是一個非因果的無限沖擊響應的矩陣傳遞函數(shù) ,是不可實現(xiàn)的。 內(nèi)蒙古大學本科 學年論文 （設計） 第 6 頁 MMSE多用戶檢測 使用最小均方誤差準則 ， 可以得到 MMSE多用戶檢測。這一算法的基本思想是應用的矩陣多項式來逼近一個線性變換。因此，人們開始直接從業(yè)務信號本身提取信道狀態(tài)信息的自適應檢測技術，成為盲自適應檢測。但對于慢時變的移動信道，它仍是很有吸引力的算法。干擾抵消多用戶檢測主要有串行干擾消 除和 并行干擾消 除。將檢測用戶信號的功率按從大到小 內(nèi)蒙古大學本科 學年論文 （設計） 第 8 頁 排列的原因是： (1)強功 率用戶用傳統(tǒng)檢測器時，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1?b? ?1 tA ??擴頻序列? ?1 tS ??? ?1 tr??圖 串行干擾消除原理圖 然后再檢測次最強用戶信號，重復以下步驟， “ 判決 — 再造 — 消除 ” ，直至所有用戶信號被檢測出。 通過上述過程可以看出： (1)串行干擾消除按信號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的功率分布，用戶接收信號的功率分布差別越大， 性能提高就越明顯。 同時這也導致 SIC檢測有一個顯著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取決于初始數(shù)據(jù)估計的可靠性。因此，在 SIC方案中，每個分組的用戶不宜取太多，一般取 4個用戶即可。因此，必須在信號功率排序的速度和能夠接收的運算復雜度之間進行權衡。存在的問題是：對干擾的估計要求相當準確，否則干擾刪除的效果會大大削弱甚至使系統(tǒng)惡化。各種 CDMA多用戶檢測算法的區(qū)別主要是對匹配濾波器的輸出處理方式不同，即 CDMA多用戶檢測器所要解決的問題主要是如何利用匹配濾波器的輸出 Y ，準確快速地估計出用戶發(fā)送的信息序列 b 。 并行干擾消除 并行干擾消除操作過程及注意事項 并行干擾消除 (Parallel Interference Cancellation, PIC)為了解決 SIC在時延以及重排上的缺陷問題，產(chǎn)生了并行干擾 消 除檢測，它不需要對用戶的信號強度進行排序。在每一級中，根據(jù)上一級的輸出在每個用戶的接收信號中去掉其它用戶對它產(chǎn)生的多址干擾，并用修改過的接收信號對 所有 用戶的信號進行重新估計。 具體的操作如下： 如圖 ， 并行干擾消除檢測器的每一級將前一級的硬判決輸出與幅度估計相乘，再通過擴頻碼擴頻，就得到了延時一個比特的每個用戶接收信號的估計值。并行干擾消除器最大優(yōu)勢在于計算復雜度與用戶數(shù)成線性關系，所以大大降低了運算復雜度，有利于高速實時應用，但是由于進行了判決反饋所以相對于傳統(tǒng)檢測器的改進依賴于第一級判決的正確度。 并行干擾消除檢測算法 不失一般性，以用戶 0k 為例來推導并行干擾消除的過程 。各種 CDMA多用戶檢測算法的區(qū)別主要是對匹配濾波器的輸出處理方式不同，即 CDMA多用戶檢測器所要解決的問題主要是如何利用匹配濾波器的輸出 Y ，準確快速地估計出用戶發(fā)送的信息序列 b 。如果級數(shù)過多，對性能改善并不明顯，有可能出現(xiàn)下一級誤碼率高于上一級誤碼率現(xiàn)象，這時并行干擾抵消算法反而帶來誤碼率的惡化。但解相關法對信道噪聲有放大作用。 串行干擾消除多用戶檢測器在接收信號中對多個用戶逐個進行數(shù)據(jù)判決，判出一個就從總的接收信號中減去該信號，從而消除該用戶信號造成的多址干擾。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10106105104103102101E b / N 0BERM U D 單用戶檢測S I C 圖 傳統(tǒng)檢測和串行干擾消除檢測的比較 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，解相關檢測器的性能下降的要比串行干擾消除檢測器的快，即串行干擾消除檢測的誤比特率小于解相關檢測的誤比特率。 因此 ,對實際的多速率 SIC系統(tǒng)進行功率分配時 ,不能簡單地用理想 SIC模型來替代實際的線性 SIC系統(tǒng) ,以免系統(tǒng) 性能嚴重惡化 。多用戶檢測技術作為抑制多址干擾的主要手段， 20世紀 80年代中期以來成為國際研究的熱點。在抗 “ 遠一近 ” 效應方面，由于解相關矩陣用戶檢測器是全解相關，因而不受 “ 遠一近 ” 效應的影響，故它的抗 “ 遠一近 ” 效應最強，而最小均方誤差檢測器是部分解相關，它的抗 “ 遠一近 ” 效應性能劣于解相關矩陣檢測器，但優(yōu)于傳統(tǒng)檢測器。通過多用戶 檢測技術的發(fā)展，將會使第三代移動通信系統(tǒng)更加完善，得到更大范圍的商用。碼分多址通信系統(tǒng)中，由于多用戶檢測技術的存在，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允許移動臺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，或將多余的帶寬用于改善下行鏈路的容量 ； 再次，由于多址干擾和遠近效應的減弱，降低了所有用戶以同樣功率達到接收端的要求，所以多用戶檢測器的使用對移動 臺功率控制的精度要求有所降低。 在背景噪聲不大、多址干擾占主導的情況下，解相關矩陣檢測器的優(yōu)勢比較明顯，而在背景噪聲較大的情況下，解相關矩陣檢測器的性能可能低于傳統(tǒng)檢測器。從而為分析、選擇不同多用戶檢測器提供了一些依據(jù) ,也為進一步研究多用戶檢測算法提供了一定的參考。在任何條件下 ,相對于傳統(tǒng)的單用戶接收機系統(tǒng) ,采用線性 SIC技術能顯著提高系統(tǒng)容量 。 如圖 ， 在相同情況下，串行干擾消除檢測器 性能比傳統(tǒng)檢測 內(nèi)蒙古大學本科 學年論文 （設計） 第 16 頁 器有較大提高， 誤比特率明顯小于傳統(tǒng)檢測的誤比特率。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10105104103102101E b / N 0BERM U D 解相關檢測單用戶檢測 圖 傳統(tǒng)檢測和解相關檢測的性能比較 傳統(tǒng)檢測和干擾消除接收機的比較 干擾消除多用戶檢測技術包括串行干擾消除和并行干擾消除。一般而言，從系統(tǒng)處理時延和復雜度考慮，級數(shù)應限制在三級以內(nèi)。同步信道下 ， 第一級采用傳統(tǒng)檢測的兩級并行干擾消除檢測器的第 k 個用戶的判決輸出可以表示為： sg nk k j jk jjkb y A b???????????