【文章內(nèi)容簡介】 術的原理，主要是傳統(tǒng)多用戶檢測、解相關檢測和 MMSE 檢測。 第三章 主要 對三種多用戶檢測算法進行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果圖分析三種多用戶檢測算的性能。 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。 將 k 個用戶的特征波形進行歸一化 Sk(t):調(diào)制 1信道 C k擴頻 k信道 C 2擴頻 2擴頻 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 ??燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 6 , 1≤ t≤ Tb N 擴頻增益 ， Tc 碼片間隔， 第 k 個通信用戶的擴頻碼序列， Ci(k)∈ {0,1},碼片波形為具有單位能量的矩形波。 多用戶檢測 技術的出現(xiàn) 多址干擾， 指同 一 CDMA 系統(tǒng)中多個用戶的信號在時域和頻域上是混合 疊 加 的。 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。 CDMA 系統(tǒng)的一個缺陷就是多址干擾，它源于系統(tǒng)中期望用戶的擴頻碼序列與系統(tǒng)中其他用戶擴頻碼序列互相關系數(shù)補位零。一般將系統(tǒng)受到的干擾分為三種：多徑干擾、加性白噪聲干擾和多址干擾 。當通信系統(tǒng)中通信用戶數(shù)量較多，且同時通信時，多址干擾會成為系統(tǒng)的最主要 干擾方式。多址干擾在嚴重影響系統(tǒng)性能的同時，也會嚴重降低系統(tǒng)的容量。因此，克服多址干擾是通信系統(tǒng)的一項重要任務，在 CDMA 系統(tǒng)中克服多址干擾的措施： 功率控制技術。在通信系統(tǒng)中，用戶不是固定在一個地方， 而 是隨機移動的 ，因此在基站的接收端距離基站近的用戶要比遠的用戶通信信號的功率大，此外，器件的非線性也會引發(fā)“遠 近”效應問題，這就使得多址干擾更加復雜化，為了解決這一難題，現(xiàn)實通信工程中采用功率控制技術，使通信中不同遠、近用戶到達接收點的功率或信噪比平衡一致。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 。 空間濾波技術。空間濾波技術的思路是將存在多址干擾的小區(qū)按區(qū)間區(qū)? ? )(1 11 , TCS cNj kjkjtNt ?? ????? ? 10, ??NjkjC第 2 章 多用戶檢測的概述 7 域把大區(qū)分割成多個小區(qū)，這樣多址干擾就可以分散到若干個小區(qū)的局部小區(qū)，使得每個子小區(qū)內(nèi)減少多址干擾的影響。在現(xiàn)實操作上可將用戶小區(qū)劃分為空間相互獨立的 多個扇形區(qū)，也可以采用智能天線技術用更多更窄的動態(tài)波束來隔離用戶間信號的干擾。 設計合理碼型，碼型的設計是克服多址干擾的優(yōu)良途徑。 在 CDMA 系統(tǒng)中，我們可以設計出一組完全正交的擴頻序列，如果在用戶接收端也采用互相關為零的正交擴頻序列，那么通信用戶間是不會產(chǎn)生多址干擾的。但在實際通信系統(tǒng)中， 這種理想狀態(tài)是很難實現(xiàn)的，擴頻序列間能夠完全正交的可能性很小。理論證明，同時具有理 想互相關特性和自相關特性的二進制擴頻序列是不存在的，即多址干擾一直 存在。所以，只要互相關越小，多址干擾的影響就會越小 。那么我們就可以采用互相關函數(shù)小的擴頻碼序列和擴頻碼組來減少多址干擾。 多用戶檢測技術。 多用戶檢測是引用信息論并且經(jīng)過嚴格的理論分析后提出的一種抗多址干擾的技術 ，它充分利用擴頻序列引入的結(jié)構信息來進行處理，以期能夠正確的檢測出期望用戶的信息。利用多用戶檢測技術，不僅可以抗多址干擾和抗“遠 近”效應，還可以解決多徑 干擾這一問題。 因此，多用戶檢測技術不僅是第三代移動通信的關鍵技術，也是現(xiàn)在各國第四代移動通信的重要技術，發(fā)展前景廣闊。 多用戶檢測技術利用多址干擾的結(jié)構特征，在多址干擾的環(huán)境下，將多址信號看成有用成分考慮進來，聯(lián)合多個用戶的擴頻碼、定時、延遲、幅度等先驗信息一次性檢測出所有用戶信號。它是一種新型抗多址干擾技術，基本思路為： 從信息論上來說，碼分多址通信系統(tǒng)是一個多入多出的系統(tǒng)，利用信息論中的最優(yōu)信號檢測方法，尋找蜂窩 CDMA 移動通信系統(tǒng)中多用戶的最優(yōu)聯(lián)合檢測理論 [17]。 最大化的利用擴頻序列的結(jié)構信息。一般情況下，將 CDMA 通信系統(tǒng)接收機中的多徑干擾和多址干擾看作白噪聲，當作沒有用的信息來處理。研燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 8 究表明，多徑干擾和多址干擾并不是 毫無用處的白噪聲，它們是有著強烈結(jié)構性的偽隨機序列，并且通信用戶與傳輸路徑之間的相關函數(shù)都是已知的，因此通過理論研究可知，我們可以充分利用這些偽隨機序列的統(tǒng)計信息和已知結(jié)構信息，來減小甚至消除它的負面影響， 以此提高通信系統(tǒng)的性能。 最優(yōu)聯(lián)合檢測方法也是可行的。根據(jù)信息論中最佳信號檢測理論，充分利用擴頻序列的已知結(jié)構特征和統(tǒng)計信息，通過匹配濾波器組 來進行多用戶檢測，消除其他通信用戶對期望用戶的干擾，在理論上是可以實現(xiàn)的。 多用戶檢測技術的主要用途是提高通信系統(tǒng)中寬帶的 效率，擴大系統(tǒng)容量，增大通信覆蓋范圍，消除小區(qū)內(nèi)用戶間的干擾。多用戶檢測技術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。因為小區(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。 多用戶檢測技術降低了對功率的要求，它在一定程度上緩解了“遠 近”效應問題。 對多用戶檢測技術的研究一般在上行鏈路（ 信號從移動臺到基站的物理通道）。對 IS95 的研究表明， IS95 有天線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（從基站到移動臺的物理通道）的性能要差，也就是說這一通信系統(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，再考慮到天線分集，下行鏈路比上行鏈路的性能要差。 多用戶檢測技術把減少的在上行鏈路上的干擾功率用于擴大小區(qū)的通信范圍上， 改進了小區(qū)的覆蓋情況，但它并不依賴于系統(tǒng)負載。在不同的環(huán)境中，多用戶檢測的有效性能是不相同的，還有其他因素限制，因此改進的效果并不固定，需要根據(jù)實際情況來決定。 多用戶檢測的定義和分類 多用戶檢測：聯(lián)合考慮 同時占用某個信道的所有用戶或某些用戶，消除或減弱其他用戶對任意 用戶的影響，并同時檢測出所有這些用戶或某些用戶的信息的一種信號的檢測方法。 多用戶檢測技術不僅僅在 3G 上廣泛應用，在現(xiàn)在的 4G 上也至關重要，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。 第 2 章 多用戶檢測的概述 9 多用戶檢測器一般分為次 (準 )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 能在理論上實現(xiàn)，而不能在現(xiàn)實的通信系統(tǒng)中實現(xiàn)，所以人們主要以次 (準 )最優(yōu)多用戶檢測器作為研究對象。對于次 (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。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本科生畢業(yè)設計 (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 的研究，能夠具體表現(xiàn)出來的就是它的幾個性能參數(shù)。 誤碼率 ，通信系統(tǒng)中傳輸錯誤碼的個數(shù)與傳輸總碼數(shù)的比值。 在多用戶檢測技術中，最重要的一個指標就是誤碼率，該性能指標是多用戶檢測器在較大信噪比環(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。假設通信系統(tǒng)只存在一個用戶 q 時，在加性高斯白噪聲信道的能量為 Eq，噪聲方差為 σ2，則該用戶的誤碼率為： 解相關檢測器非自適應型自適應型最小均方誤差檢測器盲型非盲型單用戶MMSE多用戶MMSE最小輸出能量MOE檢測器Griffiths 自適應檢測器子空間型盲自適應檢測器線性多用戶檢測器第 2 章 多用戶檢測的概述 11 (22) 式中： 是 Q 函數(shù)。 當用戶數(shù)量增多時，就會出現(xiàn)干擾用戶，此時誤碼率就會增大。 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。此時，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 個用戶到 Pq(σ )傳輸信息時所需要的能量。 漸近多用戶有效性 。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。 漸近有效性：在通信系統(tǒng)中，干擾用戶對期望用戶的誤碼率影響的程度。多用戶有效性：在移動通信系統(tǒng)中，多用戶系統(tǒng)達到單用戶系統(tǒng)相同的誤碼率所需要的能量與單用戶所需要能量的比值，該表達式為： (24) 當噪聲方 差 σ 趨近于零時， ηq（ σ）的極限就是第 q 個通信用戶的漸近有效性，記作 ηq。漸近多用戶有效性在低信噪比條件下多用戶的有效性 ηq（ σ）的極限為： ? ? ??????????? ?? 2EP qd e fq Q? ? de uxuxQ ?? ?? 2221?? ? ? ? ??????????? ? ?? 2eP qd efq Q? ? ? ?Eeqqdefq??? ?燕山大學本科生畢業(yè)設計 (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，漸進有效是為零的，也就是說，在沒有背景噪聲的環(huán)境下，單用戶匹配濾波檢測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，此時的衰減速率為 1/σ2。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。 同步 DSCDMA 系統(tǒng)使用一般接收機時，其漸近有效性為： (26) Pjq 是用戶 q 和 j 的擴頻波形的互相關。低噪聲下的誤碼率和漸進有效性是兩個等價的性能衡量標準。 抗 “遠 近 ”能力。由于通信用戶距離基站的距離是不相同的，所以基站對用戶的接收功率不相同，故引起了遠近效應，接收功率強的用戶把接收功率弱的用戶信號給淹沒，影響通信質(zhì)量；為了解決這一問 題， 等人提出了抗 “遠 近 ”能力這一理論。 解決抗 “遠 近 ”效應問題，要求多 用戶檢測器具備這種能力，對多用戶檢測器抗“遠 近”效應能力的程度進行統(tǒng)一的量化，這種量化一般用抗“遠 近”效應來表達。 ? ? ? ?0。10s u p limlim00????????????????????????????????? ????