【正文】 ，然后計算經(jīng)線性變換后接收數(shù)據(jù)和檢測器判決輸 出間的均方誤差盡量的小，這個均方誤差最小的矩陣就是所求的最佳矩陣 。第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 22 第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 對于 多用戶檢測算法，在本章節(jié)中主要對傳統(tǒng)多用戶檢測算法、解相關(guān)檢測 多用戶檢測算法和最小均方誤差檢測算法做了仿真分析，尤其是對后面兩種算法。 解相關(guān)檢測算法的一個優(yōu)點是不用考慮通信用戶的信號功率，它也就具備了抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)的特性，但對延時引起的誤差要敏感，對定時信息和擴(kuò)頻碼也要清晰。 MMSE 檢測算法是部分解相關(guān)，因此在抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)方面要優(yōu)于傳統(tǒng)檢測器，次于解相關(guān)檢測算法； MMSE檢測算法同樣存在運(yùn)算量大的缺點，因為 MMSE 檢測算法也要對矩陣求逆，由于通信用戶數(shù)多，造成運(yùn)算量增大，實際通信中很難實現(xiàn)。 圖 36 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29 圖 37 從仿真結(jié)果的曲線來看，當(dāng)信號受到嚴(yán)重的噪聲干擾時， 對于 8 用戶的來說， 解相關(guān)檢測器的性能接近 MMSE 檢測 測器，甚至 有逼近傳統(tǒng)多用戶檢測器的趨勢；對于 4 用戶的來說，傳統(tǒng)檢測器的性能仍是最差的，解 相關(guān)檢測、 MMSE 檢測和傳統(tǒng)檢測誤碼率幾乎相同，隨著信噪比的增大，解相關(guān)檢測和 MMSE檢測的誤碼率逐漸減小，但 MMSE檢測要優(yōu)于解相關(guān)檢測。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 31 結(jié)論 多用戶檢測技術(shù)作為三大通信標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)性技術(shù)之一，無論是學(xué)術(shù)界，還是產(chǎn)業(yè)界對其越來越重視。 第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 30 本章小結(jié) 本章主要對解相關(guān)檢測和 MMSE 檢測的原理及特點進(jìn)行了分析，并對它們的性能進(jìn)行了仿真分析。 兩種多用戶檢測的仿真對比 最小均方 誤差檢測與解相關(guān)檢測 是我們主要進(jìn)行對比的兩種檢測算法 。 MMSE 檢測器的原理框圖： 圖 33 MMSE 檢測器原理框圖 令 b=[b1,b2,… ,bk]T； M=[m1,m2,… ,mk]T 是 k k 階的矩陣，表示 k 個用戶K個匹配濾波器r ( t )Y 1 ( t )Y k ( t )Y 2 ( t ) 判決b 1M同步同步同步b kb 2燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 的線性檢測器，即在 MMSE 的準(zhǔn)則下得到一個最佳的矩陣 M，使 (32) 最小化。噪聲項的自相關(guān)矩陣為σ 2R1，對于通信用戶 k 來說，噪聲功率變換后總是大于線性變換前的噪聲功率σ 2，解相關(guān)檢測盡管消除了多址干擾，但是它在一定程度上增大了背景噪聲，如果擴(kuò)頻碼間互相關(guān)系數(shù)增大時，解相關(guān)檢測器的性能就會大大降低。 本章小結(jié) 本章主要介 紹了移動通信系統(tǒng)中的多用戶檢測器，首先給出了 CDMA信道的模型以及幾個參量，然后對多用戶檢測技術(shù)的原理、用途、分類和檢測思路做了介紹。 解相關(guān)檢測算法思想是，先對擴(kuò)頻碼的互相關(guān)矩陣求逆， 然后對接 收到的信號進(jìn)行解相關(guān)計算，最后對解相關(guān)檢測的信號進(jìn)行判決輸出，這個過程中用到了用戶簽名序列的定時和波形。一般并行干擾消除檢測器的結(jié)構(gòu)是多級的，零級是傳統(tǒng)檢測器，經(jīng)過匹配濾波器組，然后經(jīng)過判決得出用戶的初始估計 bi(0)，i=1,2,… ,k。 非線性多用戶檢測的基本原理是，先恢復(fù)多址干擾信號，然后從所有的信號中消除干擾的信號 ，經(jīng)過多次的提取，只保留期望信號。 第 2 章 多用戶檢測的概述 17 最優(yōu)多用戶檢測器 上節(jié)中 ， 傳統(tǒng)多用戶檢測方法 在通信中，由于存在其它用戶的干擾，使多址干擾嚴(yán)重影響了通信系統(tǒng)的效率 。那么 A=diag[A1,A2,… Ak]T； Z=[n1,n2,… ,nk]T；b=[b1,b2,… ,bk]T； Y=[y1,y2,...,yk]T； (214) 式（ ）用矩陣的形式表示為： Y=RAb+Z (215) 采樣判決 的輸出： b=sgn(Y)=sgn(RAb+Z) (216) sgn(x)是符號函數(shù) 傳統(tǒng)檢測器還是單用戶檢測器的思想，沒有考慮到其他用戶對期望用戶的干擾，多址干擾嚴(yán)重影響了判決的輸出。 信干比（ SIR） 。低噪聲下的誤碼率和漸進(jìn)有效性是兩個等價的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)。在移動通信系統(tǒng)中，我們對檢測器的性能考量主要是因多址干擾造成檢測器的性能損失，該性能的損失用多用戶漸近多用戶有效性來衡量，它是 1986 年由 Verdu 引入的。具體如 下 圖 所示： 圖 21 圖 21 a) 多用戶檢測器最優(yōu)多用戶檢測器 次最優(yōu)多用戶檢測器非線性多用戶檢測器線性多用戶檢測器序列檢測分組檢測干擾抵消型基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測混合型干擾抵消串接干擾抵消SIC并接干擾抵消PIC非線性多用戶檢測器燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 21 b) 多用戶檢測的性能參數(shù) 對 多用戶檢測技術(shù) 的研究，能夠具體表現(xiàn)出來的就是它的幾個性能參數(shù)。 對多用戶檢測技術(shù)的研究一般在上行鏈路（ 信號從移動臺到基站的物理通道）。一般情況下，將 CDMA 通信系統(tǒng)接收機(jī)中的多徑干擾和多址干擾看作白噪聲，當(dāng)作沒有用的信息來處理。那么我們就可以采用互相關(guān)函數(shù)小的擴(kuò)頻碼序列和擴(kuò)頻碼組來減少多址干擾。 空間濾波技術(shù)。 CDMA 系統(tǒng) 是對每個用戶分配不同的地址碼，以此來區(qū)分他們 ，但多個用戶的信號在時域和頻域上是混疊的， 因此 在頻域會產(chǎn)生一定的同頻和鄰頻干擾， 稱 為多址干擾。 4． 解決調(diào)試中出現(xiàn)的問題，排除故障，最終進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得出合理的仿真圖形和結(jié)論。它存在兩個極端，一個是噪聲分量極小，多址干擾極大時， MMSE檢測方法可以視為解相關(guān)檢測算法；當(dāng)多址干擾較小，噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多址干擾時， MMSE 檢測算法的矩陣相當(dāng)于單位矩陣，即可將 MMSE 檢測視為傳統(tǒng)多用戶檢測。因此，文中對傳統(tǒng)多用戶檢測算法進(jìn)行了研究分析。同時，多用戶檢測技術(shù)降低了對移動臺發(fā)射功率的要求，這樣就可以把節(jié)省的功率用于擴(kuò)大通信面積上，增加小區(qū)通信系統(tǒng)的覆蓋面積。 國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 多用戶檢測的這一思想是在 1979 年由白 Schenider 提出，而且還研究了迫零法； 于 1983 年發(fā)表了多用戶干擾消除器的研究，指出了一些研究方向； 1984 年 Verdus 提出了最優(yōu)多用戶檢測器和最大序列檢測器并對燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 其進(jìn)行了分析， 1986 年通過對最優(yōu)多用戶檢測算法的研究，在理論上證明了采用最大似然序列檢測可以逼近單用戶接收機(jī)性能，不僅在一定程度上可有 效地克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，而且提高了系統(tǒng)容量；隨后盲多用戶檢測概念于1995 年被 Miehaex 和 Sergio Vverdu S 提出，使得多用戶檢測技術(shù)向?qū)嵱梅较蛴滞七M(jìn)了一步，同時自適應(yīng)濾波原理也廣泛應(yīng)用其中。 1980 年后，移動通信技術(shù)趨于成熟，相應(yīng)各種通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。 本文首先分析了幾種典型的多用戶檢測算法和它們的特點，推出了CDMA 系統(tǒng)容量計算公式，分析了多用戶檢測算法對通信系統(tǒng)容量的影響；其次，對多用戶檢測算法中解相關(guān)檢測算法、 MMSE 算法、傳統(tǒng)多用戶檢測算法進(jìn)行了 研究，并且對三個算法進(jìn)行了系統(tǒng)仿真；最后，根據(jù)仿真圖形得出了三者的優(yōu)缺點 ： 低信噪比下，解相關(guān)檢測算法的性能最差；大 信噪比下，傳統(tǒng)多用戶檢測算的性能最差。多用戶檢測技術(shù)的出現(xiàn)給予眾多研究人員一縷曙光，多用戶檢測技術(shù)不僅可以抑制多址干擾、增加系統(tǒng)通信 容量，而且在抗遠(yuǎn)近效應(yīng)方面也有和好的效果。為了打破這一困境，多用戶檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生， 多用戶檢測技術(shù)是 第四代移動通信系統(tǒng)中 一種 重要的有效抗干擾的技術(shù)，它解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，減少了多址干擾， 提高了通信系統(tǒng)容量。美國貝爾實驗室在 70 年代提出了蜂窩的概念 [1,2]，解決了頻率復(fù)用 問題。 但在現(xiàn)實應(yīng)用中，用戶的隨機(jī)接入和擴(kuò)頻碼集 不能真正的實現(xiàn) 正交，引發(fā)了多址干擾問題，同時，遠(yuǎn)近效應(yīng)也嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的 性 能 [3]。多用戶檢測通過消除小區(qū)內(nèi)的干擾來提高帶寬效率，增加系統(tǒng)容量。 傳統(tǒng)多用戶檢測：將接收到的連續(xù)時間波形先通過匹配濾波器組，然 后對其進(jìn)行直接判決輸出。在文中，對于它的性能通過仿真做了分析。 具體步驟： 1． 查閱資料，了解多用戶檢測算法出現(xiàn)的背景及目的意義，然后對其原理進(jìn)行研究分析。 第 2 章 多用戶檢測的概述 5 第 2 章 多用戶檢測 的概述 CDMA 信號模型 一般典型多用戶的系統(tǒng)模型為 圖 21 所示： 圖 21 典型多用戶系統(tǒng)模型 K 個同步 CDMA 系統(tǒng)，在加性高斯白噪聲信道條件下，接收端基帶信號可用下面公式表示： (21) Ak 是第 k 個通信用戶的信號幅度， Tb 是信息符號的間隔， n(t)單位功率譜密度的高斯白噪聲，σ 為噪聲的均方誤差， {bk(i)∈ [1,1]}是 k 個用戶中某一用戶發(fā)送的信息序列。因此，克服多址干擾是通信系統(tǒng)的一項重要任務(wù)，在 CDMA 系統(tǒng)中克服多址干擾的措施： 功率控制技術(shù)。但在實際通信系統(tǒng)中， 這種理想狀態(tài)是很難實現(xiàn)的，擴(kuò)頻序列間能夠完全正交的可能性很小。 多用戶檢測技術(shù)利用多址干擾的結(jié)構(gòu)特征，在多址干擾的環(huán)境下，將多址信號看成有用成分考慮進(jìn)來，聯(lián)合多個用戶的擴(kuò)頻碼、定時、延遲、幅度等先驗信息一次性檢測出所有用戶信號。多用戶檢測技術(shù)的性能是由跟蹤信息碼的差錯、捕捉到的能量和相位的影響決定的。 多用戶檢測技術(shù)不僅僅在 3G 上廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)在的 4G 上也至關(guān)重要，它畢竟能夠有效地消除小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾，提高了移動通信的效率。 因此， 我們要用期望用戶 q 的等效能量 eq(σ )來替代實際中的能量 Eq。此外 ，正的漸近有效性表示誤碼率小而且僅隨 σ→0 而趨近于零，此時的衰減速率為 1/σ2。10s u p limlim00????????????????????????????????? ????????EPeeqqqqq rQrd ef? ??????????? ??? PE qq1lo g2 20l i m?????????? ???????? ?? qj jqqjq PAA222 1,0m ax?第 2 章 多用戶檢測的概述 13 抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)能力是在全部有關(guān)通信用戶能量范圍內(nèi)所測得的最差情況下的漸進(jìn)有效性，表示為： (27) 見 式 (27)， inf 表示下確界，抗“遠(yuǎn) 近 ”能力由各通信用戶的擴(kuò)頻波形和解調(diào)器來決定。由公式可以看出，多址干擾的程度與通信用戶擴(kuò)頻碼間的互相關(guān)有關(guān)系。因為傳統(tǒng)多用戶檢測器的結(jié)構(gòu)簡單，只是把多個單用檢測器聯(lián)合在了一起，實際上它是用單用檢測的思想來設(shè)計的多用戶檢測器。 非線性多用戶檢測 利用非線性多用戶檢測方法消除多址干擾也是當(dāng)今研究的一個課題。 SIC 算法的優(yōu)點是復(fù)雜程度低、運(yùn)算量小 [18]，易于實現(xiàn)。 線性多用戶檢測技術(shù) 線性多用戶檢測器是當(dāng)今研究的主 要方向之一，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)多用戶檢測器， 線性多用戶檢測技術(shù) 就是在傳統(tǒng)檢測器基礎(chǔ)上，在匹配濾波器組后加上一個矩陣進(jìn)行線性變換，以消除多址干擾對判決的影響。最小均方誤差檢測的