【文章內(nèi)容簡介】 擴(kuò) 頻 碼 字 1擴(kuò) 頻 碼 字 2擴(kuò) 頻 碼 字k噪 聲? ?nt擴(kuò) 頻 碼 字 1擴(kuò) 頻 碼 字 2擴(kuò) 頻 碼 字k1?b2?b?kb 圖 多用戶檢測系統(tǒng)模型 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 5 頁 多用戶檢測技術(shù)的分類 多用戶檢測 技術(shù)分為線性多用戶檢測和非線性多用戶檢測。線性多用戶檢測主 要有下面幾類 : 解相關(guān)檢測 ,最小均方誤差檢測 , 盲自適應(yīng)多用戶檢測和多項(xiàng)式擴(kuò)展多用戶檢測，其中前三類只能用于 短碼系統(tǒng) , 而多項(xiàng)式檢測可以在長碼系統(tǒng)中應(yīng)用 。非線性多用戶檢測主要有串行干擾消除和并行干擾消除。本節(jié)主要介紹線性干擾消除，下章具體介紹非線性干擾消除 。 解相關(guān)檢測 由 Lupas和 Verdu提議的解相關(guān)器 (又稱為零驅(qū)動(dòng)檢測器 ) 結(jié)構(gòu)如圖 。 匹 配 濾 波 器 1匹 配 濾 波 器 2匹 配 濾 波 器 K線性變換T比 特 判 決比 特 判 決比 特 判 決? ?rt 1?b 2?b?kb 圖 解相關(guān)器示意圖 這種檢測器是將多用戶通信環(huán)境的多址干擾等效為一個(gè)信道的傳輸響應(yīng)矩陣 ,即碼字之間的相關(guān)矩陣 R ,該矩陣僅與各用戶的擴(kuò)頻序列以及序列間的相對時(shí)延有關(guān)。得到信道傳輸?shù)哪婢仃?T ,就可以將多用戶信號經(jīng)過 K 個(gè)匹配濾波器的輸出 ,再通過此逆矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算 ,以等效地消除各用戶擴(kuò)頻序列間的相關(guān)性 ,從而達(dá)到消除多址干擾的目的。實(shí)際上 T 是一個(gè)非因果的無限沖擊響應(yīng)的矩陣傳遞函數(shù) ,是不可實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際情況中要將 T 截?cái)酁橛邢揲L ， 具體實(shí)現(xiàn)可以采用橫向?yàn)V波器。這種檢測器具有以下特點(diǎn) : 必須知道 所有用戶的擴(kuò)頻碼及其 特性 ； 必須得到所有用戶的定時(shí) ； 必須計(jì)算互相關(guān)矩陣R 的逆矩陣 ； 其性能獨(dú)立于干擾功率 ,不需估計(jì)功率的大小 ； 不需對用戶幅度進(jìn)行估計(jì)。它的缺點(diǎn)是 :放大噪聲功率 ,擴(kuò)大噪聲的影響 ,而且造成解調(diào)信號很大的時(shí)延 ,也就是說解相關(guān)檢測的性能是以提高背景噪聲為代價(jià)換取消除多址干擾的 。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 6 頁 MMSE多用戶檢測 使用最小均方誤差準(zhǔn)則 ， 可以得到 MMSE多用戶檢測。與解相關(guān)不同 的是 它不會(huì)增強(qiáng)噪聲。 MMSE檢測器是在消除多址干擾和增大信道噪聲這兩者之間采取折中而達(dá)到某種平衡 ， 從性能上來說 ， 在信噪比低的情況下 ， MMSE檢測器優(yōu)于解相關(guān)檢測器 ， 在信噪比高的情況下 ， 解相關(guān)檢測器比 MMSE性能更優(yōu) 。 多項(xiàng)式擴(kuò)展 (PE)多用戶檢測 。這一算法的基本思想是應(yīng)用的矩陣多項(xiàng)式來逼近一個(gè)線性變換。多項(xiàng)式擴(kuò)展多用戶檢測實(shí)質(zhì)上還是解相關(guān)檢測或者是最小均方誤差檢測，只不過提出了將線性變換陣展開的一種方法。但多項(xiàng)式擴(kuò)展多用戶檢測有一個(gè)最重要的特點(diǎn)是在長碼系統(tǒng)和短碼系統(tǒng)中同樣容易實(shí)現(xiàn) 。 盲自適應(yīng)多用戶檢測 對于快時(shí)變信道，由于需要頻繁發(fā)送訓(xùn)練序列，從而大大降低了系統(tǒng)的有效性和可靠性。因此，人們開始直接從業(yè)務(wù)信號本身提取信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)檢測技術(shù)，成為盲自適應(yīng)檢測。但是，盲算法的最大問題是其收斂速度能否跟得上信道時(shí)變衰落的變化速度。由于盲自適應(yīng)多用戶檢測既不需要訓(xùn)練序列，也不需要其他用戶的擴(kuò)頻碼信息，所需要的信息幾乎與 傳統(tǒng)的檢測器相同，因此，它本質(zhì)上是一種單用戶抗多徑自適應(yīng)檢測。盲算法的收斂速度慢是通病，特別是 對于快速時(shí)變信道，這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。但對于慢時(shí)變的移動(dòng)信道，它仍是很有吸引力的算法。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 7 頁 3 非線性多用戶檢測 干擾消除檢測器 (又稱為非線性多用戶檢測 )一般由多級組成 , 其基本思想是在接收端估計(jì)對每個(gè)用戶的多址干擾 , 然后從接收信號中部分或全部消除多址干擾。這種消除器與抗 ISI的反饋均衡器類似 , 所以又稱為判決反饋檢測器。用于估計(jì)多址干擾的判決可以是軟判決或硬判決 , 硬判決要求對信號幅度進(jìn)行可靠的估計(jì) , 不可靠的估計(jì)將嚴(yán) 重降低檢測性能。干擾抵消多用戶檢測主要有串行干擾消 除和 并行干擾消 除。 引言 首先我們將 CDMA通信系統(tǒng)進(jìn)行簡化 ， 設(shè)有 K 個(gè)用戶 ， 采用直接序列擴(kuò)頻信道為單路徑同步信道 ， 則接收信號的基帶表示為： 1( ) ( ) ( ) ( ) ( )Kk k kkr t A t g t d t n t???? （ ） CDMA通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)的檢測器是由 K 個(gè)相關(guān)器組成的 ， 相關(guān)檢測器可以由匹配濾波器代替 ， 所以又稱為匹配濾波檢測器。 CDMA工作原理的核心在于偽隨機(jī)碼 (Pseudo Noise Code ,PN碼 )的相關(guān)性 ， 用公式表示為 ： , 1 ( ) ( )bTi k i kbp g t g t dtT? ?，其中 , 1itg ?? ；如果 ,1kki k p??；如果 , 0 1iki k p? ? ?。所以第 K 個(gè)用戶的相關(guān)器輸出是 ： ,11 ( ) ( )1 ( ) ( )bbTkkbK Tk k i k i i ki bikk k k ky r t g t d tTA d p A d n t g t d tTA d M A I Z???? ? ?? ? ??? ? （ ） 串行干擾消除 串行干擾消除操作過程及注意事項(xiàng) 串行干擾消除 (Successive Interference Cancellation, SIC)串行干擾消除器由多級組成，一級對一個(gè)用戶序列信號進(jìn)行判決、再造、消除，以給下面的各級減輕 MAI ，各用戶的操作順序是根據(jù)信號功率的下降順序來確定的。將檢測用戶信號的功率按從大到小 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 8 頁 排列的原因是： (1)強(qiáng)功 率用戶用傳統(tǒng)檢測器時(shí)，其誤碼率比弱功率用戶低，容易得到正確的判 。 (2)強(qiáng)功率用戶產(chǎn)生的 MAI 較大，首先把它從接收用戶信號中刪除，從而大大有利于隨后其它用戶的檢測，能克服 “ 遠(yuǎn)近 ” 效應(yīng)。 如圖 ，接收機(jī)首先根據(jù)接收信號功率估值對用戶進(jìn)行排序，然后按功率由高到低次序?qū)Ω饔脩粜盘栆来芜M(jìn)行判決和估計(jì)。即先解調(diào)出最強(qiáng)功率信號用戶，根據(jù)判決結(jié)果，該信號擴(kuò)頻碼、幅度估計(jì)值和相位信息得到該用戶對其他用戶所產(chǎn)生多址干擾，然后從總的接收信號中減去該多址干擾估計(jì)值，將結(jié)果作為一下級輸入信號，這樣就去掉了最強(qiáng)多址干擾分量。 用戶1匹配濾波器延 遲判決? ?rt1Y幅度估計(jì)1?b? ?1 tA ??擴(kuò)頻序列? ?1 tS ??? ?1 tr??圖 串行干擾消除原理圖 然后再檢測次最強(qiáng)用戶信號，重復(fù)以下步驟， “ 判決 — 再造 — 消除 ” ，直至所有用戶信號被檢測出。接收端各用戶信號功率相差越大，越利于串行干擾抵消檢測算法的工作。串行干擾抵消算法之所以按信號功率強(qiáng)度由強(qiáng)到弱依次消除多址干擾是因?yàn)?： 對于功率最強(qiáng)用戶信號，最容易正確解調(diào)和恢復(fù) ； 去除功率最強(qiáng)用戶信號對剩下用戶來說受益最大。因此，串行干擾抵消檢測算法能大大提高弱用戶檢測準(zhǔn)確率。 通過上述過程可以看出： (1)串行干擾消除按信號功率從大到小依次相消，其性能很大程度上取決于用戶接收信號的功率分布，用戶接收信號的功率分布差別越大， 性能提高就越明顯。首先，信號最強(qiáng)的用戶解調(diào)得到的可靠性最高；其次，從總信號中將最強(qiáng)用戶信號先檢測出來，對其他用戶的收益最大，這是由 CDMA系統(tǒng)的特性決定的。 CDMA是自干擾系統(tǒng)，因此， 內(nèi)蒙古大學(xué)本科 學(xué)年論文 （設(shè)計(jì)） 第 9 頁 把信號最強(qiáng)的用戶檢測出來的同時(shí)也減小 了對其他用戶的干擾。 這種算法的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致最強(qiáng)用戶在抗多址干擾方面沒有得 到任何改善，而對最弱的用戶來說，它在抗多址干擾方面獲得很大改善。 同時(shí)這也導(dǎo)致 SIC檢測有一個(gè)顯著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取決于初始數(shù)據(jù)估計(jì)的可靠性。也就是說如果用戶 1和用戶 2功率差別不大，或者對用戶 1的估計(jì)值與真實(shí)值 差別比較大，則會(huì)使系統(tǒng)誤差較大。此外，每一級的檢測錯(cuò)誤將會(huì)在以下各級中累加，它會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的檢測性能。 (2)在串行干擾 消除 檢測器中，由于每解調(diào)一個(gè)用戶便會(huì)引入一定的處理時(shí)延，當(dāng)用戶較多時(shí)，時(shí)延將累積到系統(tǒng)難以忍受的地步。因此，在 SIC方案中，每個(gè)分組的用戶不宜取太多，一般取 4個(gè)用戶即可。 SIC可用于同步 CDMA，也可用于異步 CDMA中。 (3)串行干擾 消除 需要對用戶的功率進(jìn)行排序。在無線衰落信道中，用戶信號功率是變化的，此時(shí)需要重新排序。因此，必須在信號功率排序的速度和能夠接收的運(yùn)算復(fù)雜度之間進(jìn)行權(quán)衡。 (4)串行干擾 消除 需要估計(jì)用戶信號的延時(shí)、幅度和相位。 (5)串行干擾 消除 結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)算復(fù)雜度與用戶數(shù)呈線性關(guān)系。多用戶檢測中的干擾消除 算法充分利用了多個(gè)用戶