【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間相互獨(dú)立的 多個(gè)扇形區(qū)，也可以采用智能天線(xiàn)技術(shù)用更多更窄的動(dòng)態(tài)波束來(lái)隔離用戶(hù)間信號(hào)的干擾。 設(shè)計(jì)合理碼型，碼型的設(shè)計(jì)是克服多址干擾的優(yōu)良途徑。 在 CDMA 系統(tǒng)中，我們可以設(shè)計(jì)出一組完全正交的擴(kuò)頻序列，如果在用戶(hù)接收端也采用互相關(guān)為零的正交擴(kuò)頻序列，那么通信用戶(hù)間是不會(huì)產(chǎn)生多址干擾的。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。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。所以，只要互相關(guān)越小，多址干擾的影響就會(huì)越小 。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(lái)減少多址干擾。 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)。 多用戶(hù)檢測(cè)是引用信息論并且經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的理論分析后提出的一種抗多址干擾的技術(shù) ，它充分利用擴(kuò)頻序列引入的結(jié)構(gòu)信息來(lái)進(jìn)行處理，以期能夠正確的檢測(cè)出期望用戶(hù)的信息。利用多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)，不僅可以抗多址干擾和抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)，還可以解決多徑 干擾這一問(wèn)題。 因此，多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)不僅是第三代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，也是現(xiàn)在各國(guó)第四代移動(dòng)通信的重要技術(shù)，發(fā)展前景廣闊。 多用戶(hù)檢測(cè)的基本思路及用途 多用戶(hù)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(lái)，聯(lián)合多個(gè)用戶(hù)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(hù)信號(hào)。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(lái)說(shuō)，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(cè)方法，尋找蜂窩 CDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)中多用戶(hù)的最優(yōu)聯(lián)合檢測(cè)理論 [17]。 最大化的利用擴(kuò)頻序列的結(jié)構(gòu)信息。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(méi)有用的信息來(lái)處理。研燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 究表明，多徑干擾和多址干擾并不是 毫無(wú)用處的白噪聲，它們是有著強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列，并且通信用戶(hù)與傳輸路徑之間的相關(guān)函數(shù)都是已知的，因此通過(guò)理論研究可知，我們可以充分利用這些偽隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)信息和已知結(jié)構(gòu)信息，來(lái)減小甚至消除它的負(fù)面影響， 以此提高通信系統(tǒng)的性能。 最優(yōu)聯(lián)合檢測(cè)方法也是可行的。根據(jù)信息論中最佳信號(hào)檢測(cè)理論，充分利用擴(kuò)頻序列的已知結(jié)構(gòu)特征和統(tǒng)計(jì)信息，通過(guò)匹配濾波器組 來(lái)進(jìn)行多用戶(hù)檢測(cè)，消除其他通信用戶(hù)對(duì)期望用戶(hù)的干擾，在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的主要用途是提高通信系統(tǒng)中寬帶的 效率，擴(kuò)大系統(tǒng)容量，增大通信覆蓋范圍，消除小區(qū)內(nèi)用戶(hù)間的干擾。多用戶(hù)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。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(hù)檢測(cè)方法并未消除小區(qū)間的干擾。 多用戶(hù)檢測(cè)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(wèn)題。 對(duì)多用戶(hù)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）。對(duì) IS95 的研究表明， IS95 有天線(xiàn)分集的不相干上行鏈路，一般情況下，它比有正交碼相干的下行鏈路（從基站到移動(dòng)臺(tái)的物理通道）的性能要差，也就是說(shuō)這一通信系統(tǒng)的容量受到了上行鏈路的限制， 第三代碼分多址通信系統(tǒng)在上行鏈路上采用相干檢測(cè)，再考慮到天線(xiàn)分集，下行鏈路比上行鏈路的性能要差。 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)把減少的在上行鏈路上的干擾功率用于擴(kuò)大小區(qū)的通信范圍上， 改進(jìn)了小區(qū)的覆蓋情況，但它并不依賴(lài)于系統(tǒng)負(fù)載。在不同的環(huán)境中，多用戶(hù)檢測(cè)的有效性能是不相同的，還有其他因素限制，因此改進(jìn)的效果并不固定，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定。 多用戶(hù)檢測(cè)的定義和分類(lèi) 多用戶(hù)檢測(cè)：聯(lián)合考慮 同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶(hù)或某些用戶(hù)，消除或減弱其他用戶(hù)對(duì)任意 用戶(hù)的影響，并同時(shí)檢測(cè)出所有這些用戶(hù)或某些用戶(hù)的信息的一種信號(hào)的檢測(cè)方法。 多用戶(hù)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(hù)間的干擾，提高了移動(dòng)通信的效率。 第 2章 多用戶(hù)檢測(cè)的概述 9 多用戶(hù)檢測(cè)器一般分為次 (準(zhǔn) )最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器和最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器，由于最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)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(hù)檢測(cè)器作為研究對(duì)象。對(duì)于次 (最 )優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器的分類(lèi)，我們僅從非線(xiàn)性和線(xiàn)性?xún)煞矫鎭?lái)考慮。具體如 下 圖 所示： 圖 21 圖 21 a) 多用戶(hù)檢測(cè)器最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器 次最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器非線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)器線(xiàn)性多用戶(hù)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(hù)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(xiàn)性多用戶(hù)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(hù)檢測(cè)的性能參數(shù) 對(duì) 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù) 的研究，能夠具體表現(xiàn)出來(lái)的就是它的幾個(gè)性能參數(shù)。 誤碼率 ，通信系統(tǒng)中傳輸錯(cuò)誤碼的個(gè)數(shù)與傳輸總碼數(shù)的比值。 在多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)中，最重要的一個(gè)指標(biāo)就是誤碼率，該性能指標(biāo)是多用戶(hù)檢測(cè)器在較大信噪比環(huán)境下的誤碼率，一般情況下，通信系統(tǒng)都是減小誤碼率，提高通信系統(tǒng)性能。假設(shè)通信系統(tǒng)只存在一個(gè)用戶(hù) q 時(shí)，在加性高斯白噪聲信道的能量為 Eq，噪聲方差為 σ2，則該用戶(hù)的誤碼率為： 解相關(guān)檢測(cè)器非自適應(yīng)型自適應(yīng)型最小均方誤差檢測(cè)器盲型非盲型單用戶(hù)MMSE多用戶(hù)MMSE最小輸出能量MOE檢測(cè)器Griffiths 自適應(yīng)檢測(cè)器子空間型盲自適應(yīng)檢測(cè)器線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)器第 2章 多用戶(hù)檢測(cè)的概述 11 (22) 式中： 是 Q 函數(shù)。 當(dāng)用戶(hù)數(shù)量增多時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干擾用戶(hù)，此時(shí)誤碼率就會(huì)增大。 因此， 我們要用期望用戶(hù) q 的等效能量 eq(σ )來(lái)替代實(shí)際中的能量 Eq。此時(shí)，多用戶(hù)系統(tǒng)中所期望的用戶(hù)誤碼率 為： (23) 式中， eq(σ )為第 q 個(gè)用戶(hù)到 Pq(σ )傳輸信息時(shí)所需要的能量。 漸近多用戶(hù)有效性 。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(hù)漸近多用戶(hù)有效性來(lái)衡量，它是 1986 年由 Verdu 引入的。 漸近有效性：在通信系統(tǒng)中，干擾用戶(hù)對(duì)期望用戶(hù)的誤碼率影響的程度。多用戶(hù)有效性：在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多用戶(hù)系統(tǒng)達(dá)到單用戶(hù)系統(tǒng)相同的誤碼率所需要的能量與單用戶(hù)所需要能量的比值，該表達(dá)式為： (24) 當(dāng)噪聲方 差 σ 趨近于零時(shí)， ηq（ σ）的極限就是第 q 個(gè)通信用戶(hù)的漸近有效性，記作 ηq。漸近多用戶(hù)有效性在低信噪比條件下多用戶(hù)的有效性 ηq（ σ）的極限為： ? ? ??????????? ?? 2EP qd e fq Q? ? de uxuxQ ?? ?? 2221?? ? ? ? ??????????? ? ?? 2eP qd e fq Q? ? ? ?Eeqqdefq??? ?燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 (25) 上式中 sup 表示上確界。漸近有效性的取值范圍為 [0,1],該取值 范圍的 含義 ：由 公式 (25)知，背景噪聲趨近于零而 Pq(σ)不趨近于零時(shí)，漸進(jìn)有效是為零的，也就是說(shuō)，在沒(méi)有背景噪聲的環(huán)境下，單用戶(hù)匹配濾波檢測(cè)器仍然存在一定的誤碼率。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。如果 ηq=1 表示通信系統(tǒng)中期望用戶(hù)沒(méi)有受到其他任何用戶(hù)的干擾。 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(hù) q 和 j 的擴(kuò)頻波形的互相關(guān)。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)。 抗 “遠(yuǎn) 近 ”能力。由于通信用戶(hù)距離基站的距離是不相同的，所以基站對(duì)用戶(hù)的接收功率不相同，故引起了遠(yuǎn)近效應(yīng)，接收功率強(qiáng)的用戶(hù)把接收功率弱的用戶(hù)信號(hào)給淹沒(méi)，影響通信質(zhì)量；為了解決這一問(wèn) 題， 等人提出了抗 “遠(yuǎn) 近 ”能力這一理論。 解決抗 “遠(yuǎn) 近 ”效應(yīng)問(wèn)題，要求多 用戶(hù)檢測(cè)器具備這種能力，對(duì)多用戶(hù)檢測(cè)器抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)能力的程度進(jìn)行統(tǒng)一的量化，這種量化一般用抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)來(lái)表達(dá)。 ? ? ? ?0。10s u p limlim00????????????????????????????????? ????????EPeeqqqqq rQrd e f? ??????????? ??? PE qq1lo g2 20lim?????????? ???????? ?? qj jqqjq PAA222 1,0m a x?第 2章 多用戶(hù)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(hù)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(jiàn) 式 (27)， inf 表示下確界，抗“遠(yuǎn) 近 ”能力由各通信用戶(hù)的擴(kuò)頻波形和解調(diào)器來(lái)決定。“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最為常見(jiàn)，因?yàn)橐苿?dòng)用戶(hù)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。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(hù) 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(hù)的第 i 個(gè)比特的接收能量。 信干比（ SIR） 。大多數(shù)情況下用于多用 戶(hù)檢測(cè)器的評(píng)估， 它表示 期望 用戶(hù)的功率 比上某一通信用戶(hù)的匹配濾波器輸出的其它干擾成分。當(dāng)不存在干擾通信用戶(hù)時(shí) ,第 K 個(gè)用戶(hù) 輸出的信干比為 : (29) 在同步 DSCDMA 系統(tǒng)中 ,第 K 個(gè)用戶(hù)的信干比為 : (210) ?? qq Ejqjin f0???? ? ? ?? ? ?? qiq iE jqjiin f 0,0, ???? 22ASI R k?????kj jkjkPAASIR2222?燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 傳統(tǒng)多用戶(hù)檢測(cè)原理及仿真 傳統(tǒng)多用戶(hù)檢測(cè)器的原理 傳統(tǒng)多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)主要以傳統(tǒng)檢測(cè)器來(lái)研究 ，傳統(tǒng)檢測(cè)器是將接收到的信息通過(guò)一個(gè)匹配濾波器組 ，然后對(duì)每個(gè)匹配濾波器輸出的信息直接采樣判決，原理框圖如下所示： 圖 22 傳統(tǒng)多用戶(hù)檢測(cè)器原理圖 在信息傳遞過(guò)程中，第 i 個(gè)信息符號(hào)的間隔內(nèi)第 k 個(gè)匹配濾波器的輸出用公式表示 為： (211) 上式 ρ jk 表示第 j 個(gè)通信用戶(hù)的特征波形和第 k 個(gè)用戶(hù)特征波形的互相關(guān)。 (212) nk 是一個(gè)高斯隨機(jī)過(guò)程，其方差為σ 均值為零。 (213) 式（ ）中，按從左到右順序，第一項(xiàng)是我們希望得到的 期望 信號(hào)，第二項(xiàng)就是多用戶(hù)通信中的多址干擾項(xiàng)，第三項(xiàng)是噪聲（加性高斯白噪聲）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b kb 1b 2? ? ? ? ? ? nbAbAy kjkjjkkk iii ??? ? ?? ? ? ?dSS tkjjk ttT b?? 0?? ? ? ?dSn tkk ttnT b?? 0?第 2章 多用戶(hù)檢測(cè)的概述 15 干擾項(xiàng)。由公式可以看出，多址干擾的程度與通信用戶(hù)擴(kuò)頻碼間的互相關(guān)有