【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 術(shù)的原理，主要是傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)、解相關(guān)檢測(cè)和 MMSE 檢測(cè)。 第三章 主要 對(duì)三種多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果圖分析三種多用戶檢測(cè)算的性能。 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。 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。 多用戶檢測(cè) 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。 CDMA 系統(tǒng) 是對(duì)每個(gè)用戶分配不同的地址碼，以此來(lái)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。 CDMA 系統(tǒng)的一個(gè)缺陷就是多址干擾，它源于系統(tǒng)中期望用戶的擴(kuò)頻碼序列與系統(tǒng)中其他用戶擴(kuò)頻碼序列互相關(guān)系數(shù)補(bǔ)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(dāng)通信系統(tǒng)中通信用戶數(shù)量較多，且同時(shí)通信時(shí)，多址干擾會(huì)成為系統(tǒng)的最主要 干擾方式。多址干擾在嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能的同時(shí)，也會(huì)嚴(yán)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(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)。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(wèn)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。顯然功率控制只是減少了多址干擾的影響，而沒(méi)有從根本 上消除 。 空間濾波技術(shù)。空間濾波技術(shù)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(cè)的概述 7 域把大區(qū)分割成多個(gè)小區(qū)，這樣多址干擾就可以分散到若干個(gè)小區(qū)的局部小區(qū)，使得每個(gè)子小區(qū)內(nèi)減少多址干擾的影響。在現(xiàn)實(shí)操作上可將用戶小區(qū)劃分為空間相互獨(dú)立的 多個(gè)扇形區(qū)，也可以采用智能天線技術(shù)用更多更窄的動(dòng)態(tài)波束來(lái)隔離用戶間信號(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。 多用戶檢測(cè)技術(shù)。 多用戶檢測(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)出期望用戶的信息。利用多用戶檢測(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)。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)行多用戶檢測(cè)，消除其他通信用戶對(duì)期望用戶的干擾，在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。 多用戶檢測(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)用戶間的干擾。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。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(cè)方法并未消除小區(qū)間的干擾。 多用戶檢測(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)，再考慮到天線分集，下行鏈路比上行鏈路的性能要差。 多用戶檢測(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，但它并不依賴于系統(tǒng)負(fù)載。在不同的環(huán)境中，多用戶檢測(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。 多用戶檢測(cè)的定義和分類 多用戶檢測(cè)：聯(lián)合考慮 同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶或某些用戶，消除或減弱其他用戶對(duì)任意 用戶的影響，并同時(shí)檢測(cè)出所有這些用戶或某些用戶的信息的一種信號(hào)的檢測(cè)方法。 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。 第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 9 多用戶檢測(cè)器一般分為次 (準(zhǔn) )最優(yōu)多用戶檢測(cè)器和最優(yōu)多用戶檢測(cè)器，由于最優(yōu)多用戶檢測(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)多用戶檢測(cè)器作為研究對(duì)象。對(duì)于次 (最 )優(yōu)多用戶檢測(cè)器的分類，我們僅從非線性和線性兩方面來(lái)考慮。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(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 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MMSE多用戶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)器線性多用戶檢測(cè)器第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 11 (22) 式中： 是 Q 函數(shù)。 當(dāng)用戶數(shù)量增多時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)干擾用戶，此時(shí)誤碼率就會(huì)增大。 因此， 我們要用期望用戶 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。 漸近多用戶有效性 。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漸近多用戶有效性來(lái)衡量，它是 1986 年由 Verdu 引入的。 漸近有效性：在通信系統(tǒng)中，干擾用戶對(duì)期望用戶的誤碼率影響的程度。多用戶有效性：在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多用戶系統(tǒng)達(dá)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(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(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)中期望用戶沒(méi)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(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)。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。由于通信用戶距離基站的距離是不相同的，所以基站對(duì)用戶的接收功率不相同，故引起了遠(yuǎn)近效應(yīng)，接收功率強(qiáng)的用戶把接收功率弱的用戶信號(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 用戶檢測(cè)器具備這種能力，對(duì)多用戶檢測(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????????????????????????????????? ????