【正文】 優(yōu)點(diǎn)是：背景噪聲較大時(shí)，MMSE 檢測器接近于傳統(tǒng)檢測器，多址干擾大噪聲小時(shí)，接近于解相關(guān)檢測器，整體來看，它不僅可以克服多址干擾，而且還可以降低噪聲。 解相關(guān)檢測 的原理及仿真 解相關(guān)檢測器 若要消除多址干擾的影響，也就是消除公式 (215)中的 R，所以將匹配濾波器組輸出的信息同擴(kuò)頻碼互相關(guān)矩陣的逆矩陣相乘即可，然后判決輸出的就是無多址干擾信息。解相關(guān)檢測器的缺點(diǎn)就是，隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增多，對(duì)矩陣求逆運(yùn)算的運(yùn)算量特別大，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)硬件的要求很高，甚至不能實(shí)現(xiàn)。 最小均方誤差檢測的仿真 最小均方誤差檢測算法也是利用矩陣的變換來實(shí)現(xiàn)的，它是找到一個(gè)最佳矩陣，使輸入與判決輸出之間的信息比特均方誤差盡量小。當(dāng)信噪比較大時(shí)， MMSE 檢測器和解相關(guān)檢測器的誤碼率明顯比傳統(tǒng)多用戶小，其性能也要優(yōu)于傳統(tǒng)多用戶檢測。多用戶檢測技術(shù)是近三十年來國際上發(fā)展起來的以消除多址干擾為目。充分體現(xiàn)了多用戶檢測對(duì)于運(yùn)算量的要求，用戶數(shù)越多，特別對(duì)于線性變換到的矩陣，其 運(yùn)算復(fù)雜度 會(huì)特別 高，出現(xiàn)的錯(cuò)誤概 率也相應(yīng)提高。 在殘留部分多址干擾條件下， MMSE 多用戶檢測器降低了背景噪聲的影響，實(shí)際上就是降低背景噪聲和消除多址干擾的折衷 ，總體而言， MMSE多用戶檢測器性能比較好。 MMSE 檢測器在傳統(tǒng)多用戶檢測器的基礎(chǔ)上，在判決輸出前加了一個(gè)最佳矩陣 M，使判決輸之前的出信號(hào)與實(shí)際發(fā)送信號(hào)間的均方誤差最小。解相關(guān)檢測第 k 個(gè)用戶的誤碼率： 匹配濾波器 1匹配濾波器 k匹配濾波器 2r ( t )同步同步同步Y(jié) 1 ( t )Y k ( t )Y 2 ( t )判決bkb1b2R 1燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 (31) 式中： (R1Z)k 是通信用戶 k 的噪聲分量， Rkk1 是線性變換矩陣 R1 的第k 行 k 列個(gè)元素 ， (R1y)k 是采樣判決輸出的用戶 k 的信息比特。 對(duì)于以上的分析，研究人員又引入了自適應(yīng)多用戶檢測方法， 在時(shí)變多徑信道下找出濾波器的參量，這樣可以使計(jì)算量降低，易于硬件的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中也方便。 線性多用戶檢測最具代表性的兩個(gè)算法，一個(gè)是解相關(guān)多用戶關(guān)檢測算法，另一個(gè)是最小均方誤差多用戶檢測算法。 并行干擾消除檢測器 PIC 第一級(jí)結(jié)構(gòu)框圖： hk=Ak(tTb)； lk=Sk(tTb) 圖 26 并行干擾消除第一級(jí)結(jié)構(gòu) ?? ki+?? 1i?? 2ib k ( 0 )h 1l 1++匹配濾波器組r ( t T b )判決b 2 ( 1 )b k ( 1 )b 1 ( 1 )b 1 ( 0 )b 2 ( 0 )++h kh 2l 2l k++++燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 并行干擾消除 (PIC)估計(jì)，同時(shí)對(duì)期望用戶消除其它用戶多址干擾，這個(gè)過程由多級(jí)完成。一般都是用工程數(shù)學(xué)進(jìn)行簡單的研究分析，對(duì)于更深一步的研究，只能用計(jì)算機(jī)仿真來完成。正如上文論述那樣，實(shí)際的通信系統(tǒng)中這種情況幾乎不可能存在，而且當(dāng)干擾用戶的功率大于期望的通信用戶時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)，是傳統(tǒng)多用戶檢測的性能大大折扣。 匹配濾波器組記作一個(gè)矢量 Y， 用戶發(fā)射的信息比特記作矢量 b， 通信用戶間的特征波形的互相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行歸一化為 R。一般對(duì)非同步的 CDMA 信道抗“遠(yuǎn) 近”能力表達(dá)式為： (28) 公 式 (28)表示移動(dòng)通信用戶 q 第 i 個(gè)比特的抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)的能力，Ej[i]表示第 j 個(gè)通信用戶的第 i 個(gè)比特的接收能量。 同步 DSCDMA 系統(tǒng)使用一般接收機(jī)時(shí)，其漸近有效性為： (26) Pjq 是用戶 q 和 j 的擴(kuò)頻波形的互相關(guān)。 漸近多用戶有效性 。對(duì)于次 (最 )優(yōu)多用戶檢測器的分類，我們僅從非線性和線性兩方面來考慮。 多用戶檢測技術(shù)降低了對(duì)功率的要求，它在一定程度上緩解了“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)問題。 最大化的利用擴(kuò)頻序列的結(jié)構(gòu)信息。所以，只要互相關(guān)越小，多址干擾的影響就會(huì)越小 。顯然功率控制只是減少了多址干擾的影響，而沒有從根本 上消除 。 多用戶檢測 技術(shù)的出現(xiàn) 多址干擾， 指同 一 CDMA 系統(tǒng)中多個(gè)用戶的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混合 疊 加 的。 3． 畫出程序設(shè)計(jì)流程圖，完成各模塊 的 程序 編寫， 并進(jìn)行調(diào)試。 MMSE 檢測方法實(shí)際上是結(jié)合了 傳統(tǒng)多用戶檢測算法和解相關(guān)檢測算法的特性。對(duì)于 單用戶檢測方法來說，只有擴(kuò)頻序列集完全正交的時(shí)候才能消除其他用戶的干擾，但在實(shí)際的通信應(yīng)用中，這樣的情況很難存在。因此多用戶檢測技術(shù)減少了功率控制的負(fù)擔(dān)。多用戶檢測方法利用多址干擾的結(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)信息一次性檢測出所有用戶信號(hào) ，很好的解決了這一問題。隨后歐洲各個(gè)國家和日本都開發(fā)了自己的移動(dòng)通信系統(tǒng)。但是，現(xiàn)在應(yīng)用的多用戶檢測技 術(shù)還不能在二者間取得令我們滿意的平衡，因此，我們要對(duì)多用戶檢測 技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究 。 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 寬帶移動(dòng)通信中多用戶檢測的研究 郝義朋 燕 山 大 學(xué) 20xx 年 6 月 本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 移動(dòng)通信中多用戶檢測算法的研究 學(xué) 院： 里仁學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué)生 姓名： 郝義朋 學(xué) 號(hào)： 111308061084 指導(dǎo) 教師： 劉凱 答辯 日期： 20xx年 6 月 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院： 系級(jí)教學(xué)單位： 學(xué) 號(hào) 111308061084 學(xué)生 姓名 郝義朋 專 業(yè) 班 級(jí) 通信工程 112 題 目 題目名稱 寬帶移動(dòng)通信中多用戶檢測算法的研究 題目性質(zhì) ： 工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型 （ ）； 理論研究型 （ √ ）；計(jì)算機(jī)軟件型 （ ）；綜合型 （ ） 管理類 （ ）； （ ）； （ ） 題目類 型 （ √ ） （ ） 題目來源 科研 課題 （ ） 生產(chǎn)實(shí)際 （ ） 自選 題目 （ √ ） 主 要 內(nèi) 容 隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增加，抑制通信用戶間的各種干擾成為當(dāng)下通信過程中的一個(gè)難題。 在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，多用戶檢測算法的性能要優(yōu)良、運(yùn)算復(fù)雜度要低。隨著通信用戶數(shù)量的增加， 80 年代，為滿足用戶需要，美國提出了小區(qū)制模式的第一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)。為了解決這一問題，多用戶檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。遠(yuǎn)近效應(yīng)的主要因素是功率的控制，多用戶檢測算法可以降低甚至消除多址干擾，從而在一定程度上緩解了遠(yuǎn)近效應(yīng)這一問題 。我們可以看出，傳統(tǒng)多用戶檢測方法未對(duì)其他用戶的干擾作任何處理，沒有考慮到多址干擾對(duì)用戶通信判決的影響，從這一點(diǎn)來看，它采用的還是 單 用戶檢測思想。 最小均方誤差 (MMSE)檢測算法： MMSE 檢測算是將多址干擾和背景噪聲綜合考慮的一種多用戶檢測方法，它是將實(shí)際發(fā)送的信號(hào)與判決前輸出信號(hào)之間均方誤差最小，從而提高通信質(zhì)量。 2． 畫出整體設(shè)計(jì)框圖，并劃分模塊， 對(duì)各模塊的原理框圖要清晰。 將 k 個(gè)用戶的特征波形進(jìn)行歸一化 Sk(t):調(diào)制 1信道 C k擴(kuò)頻 k信道 C 2擴(kuò)頻 2擴(kuò)頻 1b 1b kb 2信道 C 1調(diào)制 k調(diào)制 2+N ( t )匹配 2匹配 1匹配 k多用戶解調(diào)算法b 1b 2b k? ? )()()( 1 tnititr TSBA bkki kk k ???? ? ????? ? ])1(,[ TT bb iit ??燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 , 1≤ t≤ Tb N 擴(kuò)頻增益 ， Tc 碼片間隔， 第 k 個(gè)通信用戶的擴(kuò)頻碼序列， Ci(k)∈ {0,1},碼片波形為具有單位能量的矩形波。在通信系統(tǒng)中，用戶不是固定在一個(gè)地方， 而 是隨機(jī)移動(dòng)的 ，因此在基站的接收端距離基站近的用戶要比遠(yuǎn)的用戶通信信號(hào)的功率大，此外，器件的非線性也會(huì)引發(fā)“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)問題，這就使得多址干擾更加復(fù)雜化，為了解決這一難題，現(xiàn)實(shí)通信工程中采用功率控制技術(shù)，使通信中不同遠(yuǎn)、近用戶到達(dá)接收點(diǎn)的功率或信噪比平衡一致。理論證明，同時(shí)具有理 想互相關(guān)特性和自相關(guān)特性的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列是不存在的，即多址干擾一直 存在。它是一種新型抗多址干擾技術(shù)，基本思路為： 從信息論上來說，碼分多址通信系統(tǒng)是一個(gè)多入多出的系統(tǒng)，利用信息論中的最優(yōu)信號(hào)檢測方法，尋找蜂窩 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)中多用戶的最優(yōu)聯(lián)合檢測理論 [17]。因?yàn)樾^(qū)內(nèi)的干擾被消除，而消除小區(qū)間的干擾所獲得的能量受到了影響，所以多用戶檢測方法并未消除小區(qū)間的干擾。 第 2 章 多用戶檢測的概述 9 多用戶檢測器一般分為次 (準(zhǔn) )最優(yōu)多用戶檢測器和最優(yōu)多用戶檢測器，由于最優(yōu)多用戶檢測器只 能在理論上實(shí)現(xiàn)，而不能在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，所以人們主要以次 (準(zhǔn) )最優(yōu)多用戶檢測器作為研究對(duì)象。此時(shí)，多用戶系統(tǒng)中所期望的用戶誤碼率 為： (23) 式中， eq(σ )為第 q 個(gè)用戶到 Pq(σ )傳輸信息時(shí)所需要的能量。如果 ηq=1 表示通信系統(tǒng)中期望用戶沒有受到其他任何用戶的干擾?！斑h(yuǎn) 近”效應(yīng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最為常見，因?yàn)橐苿?dòng)用戶不是固定不動(dòng)的，所以基站對(duì)他們的信號(hào)接收能量也不是固定的。 為了更 便于分析，我們引入矩陣向量來表示相關(guān)量。只有當(dāng)擴(kuò)頻碼完全正交，用戶功率相同時(shí)，才能消除多址干擾，達(dá)到比較滿意的性能。 它主要是用非線性函數(shù)消除多址干擾，理論上對(duì)非線性多用戶檢測器的研究很困難，因?yàn)樗鼪]有完備的數(shù)學(xué)描述和良好的分析工具。單也存在不少缺點(diǎn)，在實(shí)際通信系統(tǒng)中，功率控制要把握精準(zhǔn)，此時(shí)對(duì)于較強(qiáng)用戶信號(hào)的判決沒有特別明顯的優(yōu)勢；從原理框圖中可以看出，每一級(jí)都有時(shí)延，因此在相消的用戶數(shù)和時(shí)延的 限度上做一個(gè)權(quán)衡；要想實(shí)現(xiàn)較精準(zhǔn)的干擾再生和對(duì)消，就必須對(duì)信號(hào)的延時(shí)、相位和幅度有精確的估計(jì)；對(duì)信號(hào)的功率排序算法要求特別高；最后，初始數(shù)據(jù) 比特判決出現(xiàn)差錯(cuò)，對(duì)后級(jí)判決的干擾有嚴(yán)重影響。 線性多用戶檢測器主要問題就是如何得到一個(gè)次最優(yōu)的線性矩陣， 對(duì)于次最優(yōu)沒有一個(gè)精確的定義，因此不同的矩陣可以產(chǎn)生不同的次最優(yōu)的多用戶檢測器，如果矩陣變?yōu)閱挝痪仃嚕敲催@就是一個(gè)傳統(tǒng)多用戶檢測器。它的缺點(diǎn)是：也需要計(jì)算矩陣，運(yùn)算量比較大，而且要估計(jì)用戶信號(hào)的幅度，在抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)方面也不如解相關(guān)檢測器。 解相關(guān) 檢測器的原理框圖： 圖 31 解相關(guān)多用戶檢測原理圖 線性變換，公式 (215)兩邊同時(shí)乘以 R1 得到 R1Y=Ab+ZR1,判決輸出b=sgn(R1Y),這樣就完全消除了多址干擾，只存在背景噪聲的干擾。 最小均方誤差檢測 的原理及仿真 最小均方誤差檢測器的原理 最小均方 誤差檢測器在減少背景噪聲和消除多址干擾這兩個(gè)方面，都有良好的特性。其計(jì)算機(jī)仿真如圖 33 所示： 圖 34 MMSE 多用戶檢測算法的仿真如圖 33，與解相關(guān)多用戶檢測的曲線走燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 勢差不多，隨著信號(hào)功率的增大，判決輸出的錯(cuò)誤率減小，即誤碼率逐漸降低。 比較分析圖 36(8 個(gè)用戶 )與圖 37(4 個(gè)用戶 )可以看出，用戶數(shù)越多，曲線的變化趨勢越平緩， 誤碼率相對(duì)較大；用戶數(shù)越少，曲線的變化趨勢越陡，誤碼率也就越