【正文】 ，然后計(jì)算經(jīng)線性變換后接收數(shù)據(jù)和檢測(cè)器判決輸 出間的均方誤差盡量的小，這個(gè)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(cè)算法的仿真分析 22 第 3 章 多用戶檢測(cè)算法的仿真分析 對(duì)于 多用戶檢測(cè)算法，在本章節(jié)中主要對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法、解相關(guān)檢測(cè) 多用戶檢測(cè)算法和最小均方誤差檢測(cè)算法做了仿真分析，尤其是對(duì)后面兩種算法。 解相關(guān)檢測(cè)算法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不用考慮通信用戶的信號(hào)功率，它也就具備了抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)的特性，但對(duì)延時(shí)引起的誤差要敏感，對(duì)定時(shí)信息和擴(kuò)頻碼也要清晰。 MMSE 檢測(cè)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(cè)器，次于解相關(guān)檢測(cè)算法； MMSE檢測(cè)算法同樣存在運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，因?yàn)?MMSE 檢測(cè)算法也要對(duì)矩陣求逆，由于通信用戶數(shù)多，造成運(yùn)算量增大，實(shí)際通信中很難實(shí)現(xiàn)。 圖 36 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 圖 37 從仿真結(jié)果的曲線來看，當(dāng)信號(hào)受到嚴(yán)重的噪聲干擾時(shí)， 對(duì)于 8 用戶的來說， 解相關(guān)檢測(cè)器的性能接近 MMSE 檢測(cè) 測(cè)器，甚至 有逼近傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器的趨勢(shì)；對(duì)于 4 用戶的來說，傳統(tǒng)檢測(cè)器的性能仍是最差的，解 相關(guān)檢測(cè)、 MMSE 檢測(cè)和傳統(tǒng)檢測(cè)誤碼率幾乎相同，隨著信噪比的增大，解相關(guān)檢測(cè)和 MMSE檢測(cè)的誤碼率逐漸減小，但 MMSE檢測(cè)要優(yōu)于解相關(guān)檢測(cè)。燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 結(jié)論 多用戶檢測(cè)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(duì)其越來越重視。 第 3 章 多用戶檢測(cè)算法的仿真分析 30 本章小結(jié) 本章主要對(duì)解相關(guān)檢測(cè)和 MMSE 檢測(cè)的原理及特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)它們的性能進(jìn)行了仿真分析。 兩種多用戶檢測(cè)的仿真對(duì)比 最小均方 誤差檢測(cè)與解相關(guān)檢測(cè) 是我們主要進(jìn)行對(duì)比的兩種檢測(cè)算法 。 MMSE 檢測(cè)器的原理框圖： 圖 33 MMSE 檢測(cè)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(gè)用戶K個(gè)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(jì) (論文 ) 25 的線性檢測(cè)器，即在 MMSE 的準(zhǔn)則下得到一個(gè)最佳的矩陣 M，使 (32) 最小化。噪聲項(xiàng)的自相關(guān)矩陣為σ 2R1，對(duì)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(cè)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(shí)，解相關(guān)檢測(cè)器的性能就會(huì)大大降低。 本章小結(jié) 本章主要介 紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)器，首先給出了 CDMA信道的模型以及幾個(gè)參量，然后對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)的原理、用途、分類和檢測(cè)思路做了介紹。 解相關(guān)檢測(cè)算法思想是，先對(duì)擴(kuò)頻碼的互相關(guān)矩陣求逆， 然后對(duì)接 收到的信號(hào)進(jìn)行解相關(guān)計(jì)算，最后對(duì)解相關(guān)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行判決輸出，這個(gè)過程中用到了用戶簽名序列的定時(shí)和波形。一般并行干擾消除檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)是多級(jí)的，零級(jí)是傳統(tǒng)檢測(cè)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(jì) bi(0)，i=1,2,… ,k。 非線性多用戶檢測(cè)的基本原理是，先恢復(fù)多址干擾信號(hào)，然后從所有的信號(hào)中消除干擾的信號(hào) ，經(jīng)過多次的提取，只保留期望信號(hào)。 第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 17 最優(yōu)多用戶檢測(cè)器 上節(jié)中 ， 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)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(hào)函數(shù) 傳統(tǒng)檢測(cè)器還是單用戶檢測(cè)器的思想，沒有考慮到其他用戶對(duì)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(gè)等價(jià)的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，我們對(duì)檢測(cè)器的性能考量主要是因多址干擾造成檢測(cè)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(cè)器最優(yōu)多用戶檢測(cè)器 次最優(yōu)多用戶檢測(cè)器非線性多用戶檢測(cè)器線性多用戶檢測(cè)器序列檢測(cè)分組檢測(cè)干擾抵消型基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)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(cè)器燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 圖 21 b) 多用戶檢測(cè)的性能參數(shù) 對(duì) 多用戶檢測(cè)技術(shù) 的研究，能夠具體表現(xiàn)出來的就是它的幾個(gè)性能參數(shù)。 對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)的研究一般在上行鏈路（ 信號(hào)從移動(dòng)臺(tái)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(duì)每個(gè)用戶分配不同的地址碼，以此來區(qū)分他們 ，但多個(gè)用戶的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混疊的， 因此 在頻域會(huì)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(gè)極端，一個(gè)是噪聲分量極小，多址干擾極大時(shí)， MMSE檢測(cè)方法可以視為解相關(guān)檢測(cè)算法；當(dāng)多址干擾較小，噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多址干擾時(shí)， MMSE 檢測(cè)算法的矩陣相當(dāng)于單位矩陣，即可將 MMSE 檢測(cè)視為傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)。因此，文中對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了研究分析。同時(shí)，多用戶檢測(cè)技術(shù)降低了對(duì)移動(dòng)臺(tái)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(cè)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(cè)器和最大序列檢測(cè)器并對(duì)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 其進(jìn)行了分析， 1986 年通過對(duì)最優(yōu)多用戶檢測(cè)算法的研究，在理論上證明了采用最大似然序列檢測(cè)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(cè)概念于1995 年被 Miehaex 和 Sergio Vverdu S 提出，使得多用戶檢測(cè)技術(shù)向?qū)嵱梅较蛴滞七M(jìn)了一步，同時(shí)自適應(yīng)濾波原理也廣泛應(yīng)用其中。 1980 年后，移動(dòng)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(cè)算法和它們的特點(diǎn)，推出了CDMA 系統(tǒng)容量計(jì)算公式，分析了多用戶檢測(cè)算法對(duì)通信系統(tǒng)容量的影響；其次，對(duì)多用戶檢測(cè)算法中解相關(guān)檢測(cè)算法、 MMSE 算法、傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了 研究，并且對(duì)三個(gè)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(diǎn) ： 低信噪比下，解相關(guān)檢測(cè)算法的性能最差；大 信噪比下，傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算的性能最差。多用戶檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)給予眾多研究人員一縷曙光，多用戶檢測(cè)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(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生， 多用戶檢測(cè)技術(shù)是 第四代移動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)應(yīng)用中，用戶的隨機(jī)接入和擴(kuò)頻碼集 不能真正的實(shí)現(xiàn) 正交，引發(fā)了多址干擾問題，同時(shí)，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(cè)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(cè)：將接收到的連續(xù)時(shí)間波形先通過匹配濾波器組，然 后對(duì)其進(jìn)行直接判決輸出。在文中，對(duì)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(cè)算法出現(xiàn)的背景及目的意義，然后對(duì)其原理進(jìn)行研究分析。 第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 5 第 2 章 多用戶檢測(cè) 的概述 CDMA 信號(hào)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(gè)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(hào)可用下面公式表示： (21) Ak 是第 k 個(gè)通信用戶的信號(hào)幅度， Tb 是信息符號(hào)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(gè)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(xiàng)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(shí)際通信系統(tǒng)中， 這種理想狀態(tài)是很難實(shí)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(cè)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(hào)看成有用成分考慮進(jìn)來，聯(lián)合多個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼、定時(shí)、延遲、幅度等先驗(yàn)信息一次性檢測(cè)出所有用戶信號(hào)。多用戶檢測(cè)技術(shù)的性能是由跟蹤信息碼的差錯(cuò)、捕捉到的能量和相位的影響決定的。 多用戶檢測(cè)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(dòng)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(shí)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(shí)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(cè)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(cè)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?yàn)閭鹘y(tǒng)多用戶檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是把多個(gè)單用檢測(cè)器聯(lián)合在了一起，實(shí)際上它是用單用檢測(cè)的思想來設(shè)計(jì)的多用戶檢測(cè)器。 非線性多用戶檢測(cè) 利用非線性多用戶檢測(cè)方法消除多址干擾也是當(dāng)今研究的一個(gè)課題。 SIC 算法的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)雜程度低、運(yùn)算量小 [18]，易于實(shí)現(xiàn)。 線性多用戶檢測(cè)技術(shù) 線性多用戶檢測(cè)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(cè)器， 線性多用戶檢測(cè)技術(shù) 就是在傳統(tǒng)檢測(cè)器基礎(chǔ)上，在匹配濾波器組后加上一個(gè)矩陣進(jìn)行線性變換，以消除多址干擾對(duì)判決的影響。最小均方誤差檢測(cè)的