【正文】 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 31 結(jié)論 多用戶檢測技術(shù)作為三大通信標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)性技術(shù)之一，無論是學(xué)術(shù)界，還是產(chǎn)業(yè)界對其越來越重視。 第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 30 本章小結(jié) 本章主要對解相關(guān)檢測和 MMSE 檢測的原理及特點進(jìn)行了分析，并對它們的性能進(jìn)行了仿真分析。 圖 36 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29 圖 37 從仿真結(jié)果的曲線來看，當(dāng)信號受到嚴(yán)重的噪聲干擾時， 對于 8 用戶的來說， 解相關(guān)檢測器的性能接近 MMSE 檢測 測器，甚至 有逼近傳統(tǒng)多用戶檢測器的趨勢；對于 4 用戶的來說，傳統(tǒng)檢測器的性能仍是最差的，解 相關(guān)檢測、 MMSE 檢測和傳統(tǒng)檢測誤碼率幾乎相同，隨著信噪比的增大，解相關(guān)檢測和 MMSE檢測的誤碼率逐漸減小，但 MMSE檢測要優(yōu)于解相關(guān)檢測。 兩種多用戶檢測的仿真對比 最小均方 誤差檢測與解相關(guān)檢測 是我們主要進(jìn)行對比的兩種檢測算法 。 MMSE 檢測算法是部分解相關(guān)，因此在抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)方面要優(yōu)于傳統(tǒng)檢測器，次于解相關(guān)檢測算法； MMSE檢測算法同樣存在運算量大的缺點，因為 MMSE 檢測算法也要對矩陣求逆，由于通信用戶數(shù)多，造成運算量增大，實際通信中很難實現(xiàn)。 MMSE 檢測器的原理框圖： 圖 33 MMSE 檢測器原理框圖 令 b=[b1,b2,… ,bk]T； M=[m1,m2,… ,mk]T 是 k k 階的矩陣，表示 k 個用戶K個匹配濾波器r ( t )Y 1 ( t )Y k ( t )Y 2 ( t ) 判決b 1M同步同步同步b kb 2燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 的線性檢測器，即在 MMSE 的準(zhǔn)則下得到一個最佳的矩陣 M，使 (32) 最小化。 解相關(guān)檢測算法的一個優(yōu)點是不用考慮通信用戶的信號功率，它也就具備了抗“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)的特性，但對延時引起的誤差要敏感，對定時信息和擴(kuò)頻碼也要清晰。噪聲項的自相關(guān)矩陣為σ 2R1，對于通信用戶 k 來說，噪聲功率變換后總是大于線性變換前的噪聲功率σ 2，解相關(guān)檢測盡管消除了多址干擾，但是它在一定程度上增大了背景噪聲，如果擴(kuò)頻碼間互相關(guān)系數(shù)增大時，解相關(guān)檢測器的性能就會大大降低。第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 22 第 3 章 多用戶檢測算法的仿真分析 對于 多用戶檢測算法，在本章節(jié)中主要對傳統(tǒng)多用戶檢測算法、解相關(guān)檢測 多用戶檢測算法和最小均方誤差檢測算法做了仿真分析，尤其是對后面兩種算法。 本章小結(jié) 本章主要介 紹了移動通信系統(tǒng)中的多用戶檢測器，首先給出了 CDMA信道的模型以及幾個參量，然后對多用戶檢測技術(shù)的原理、用途、分類和檢測思路做了介紹。 最小均方誤差檢測算法的思想是求解一種矩陣，然后計算經(jīng)線性變換后接收數(shù)據(jù)和檢測器判決輸 出間的均方誤差盡量的小，這個均方誤差最小的矩陣就是所求的最佳矩陣 。 解相關(guān)檢測算法思想是，先對擴(kuò)頻碼的互相關(guān)矩陣求逆， 然后對接 收到的信號進(jìn)行解相關(guān)計算，最后對解相關(guān)檢測的信號進(jìn)行判決輸出，這個過程中用到了用戶簽名序列的定時和波形。在實際通信中，并行干擾的性能不隨其級數(shù)的增加而加強(qiáng)，當(dāng)階數(shù)超過 3 時，性能不會出現(xiàn)明顯的改善，所以實際通信中并行干擾接收機(jī)的級數(shù)多數(shù)情況下取 3。一般并行干擾消除檢測器的結(jié)構(gòu)是多級的，零級是傳統(tǒng)檢測器，經(jīng)過匹配濾波器組，然后經(jīng)過判決得出用戶的初始估計 bi(0)，i=1,2,… ,k。 串行干擾消除只是對相對較弱用戶信號在消除多址干擾方面得到了改善，對于較強(qiáng)用戶信號幾乎沒有貢獻(xiàn)。 非線性多用戶檢測的基本原理是，先恢復(fù)多址干擾信號，然后從所有的信號中消除干擾的信號 ，經(jīng)過多次的提取，只保留期望信號。 圖 24 多用戶檢測原理框圖 同步 DSCDMA 系統(tǒng)： t∈ [0,T] (218) (219) 最優(yōu)多用戶檢測雖然具有最佳的抗多址干擾的能力，但是 最優(yōu) 多用戶檢測器的多用戶檢測算法是維特比算法，維特比算法的復(fù)雜程度很高，與用戶數(shù)量呈指數(shù)關(guān)系，即 2k,從這個數(shù)量中找一個理想的組合，如果 k 的數(shù)值特別小還可以實現(xiàn)，但在現(xiàn)實的通信中 k 是一個特別大的值，所以幾乎不能實? ? ? ? ? ?tntty SbA kkkk k ??? ?? 1? ? ?????????? ?????? ?????A R A bAbb by TTkib2a r g ma x1,1匹配濾波器組k個y ( t )Y 1 ( i )Y k ( i )Y 2 ( i ) 判決b 1 （ i ）多用戶檢測算法 b k （ i ）b 2 （ i ）燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 現(xiàn)。 第 2 章 多用戶檢測的概述 17 最優(yōu)多用戶檢測器 上節(jié)中 ， 傳統(tǒng)多用戶檢測方法 在通信中，由于存在其它用戶的干擾，使多址干擾嚴(yán)重影響了通信系統(tǒng)的效率 。 ? ? ? ? ? jktkjbjk dSSTR ttT b ?? ?01? ? ?????? ???? 10 byPP kkrke? ??????????????????????? ????? ???kjjjjkkkkjbAAQ11,1121燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 傳統(tǒng)多用戶檢測的仿真分析 根據(jù) 上節(jié)中傳統(tǒng)多用戶檢測的原理及理論分析，對其進(jìn)行了計算機(jī)仿真，仿真結(jié)果如圖 23 所示： 圖 23 由圖 23 知，傳統(tǒng)檢測多用戶算法 的誤碼率的波動范圍小，但是誤碼率較大，隨著信噪比的增大，誤碼率趨于平 緩。那么 A=diag[A1,A2,… Ak]T； Z=[n1,n2,… ,nk]T；b=[b1,b2,… ,bk]T； Y=[y1,y2,...,yk]T； (214) 式（ ）用矩陣的形式表示為： Y=RAb+Z (215) 采樣判決 的輸出： b=sgn(Y)=sgn(RAb+Z) (216) sgn(x)是符號函數(shù) 傳統(tǒng)檢測器還是單用戶檢測器的思想，沒有考慮到其他用戶對期望用戶的干擾，多址干擾嚴(yán)重影響了判決的輸出。 (213) 式（ ）中，按從左到右順序，第一項是我們希望得到的 期望 信號，第二項就是多用戶通信中的多址干擾項，第三項是噪聲（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 多用戶檢測的概述 15 干擾項。 信干比（ SIR） 。 ? ? ? ?0。低噪聲下的誤碼率和漸進(jìn)有效性是兩個等價的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)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。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。 當(dāng)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。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(luò)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(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(shù) 的研究，能夠具體表現(xiàn)出來的就是它的幾個性能參數(shù)。 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。 對多用戶檢測技術(shù)的研究一般在上行鏈路（ 信號從移動臺到基站的物理通道）。 多用戶檢測技術(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。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)作沒有用的信息來處理。 因此，多用戶檢測技術(shù)不僅是第三代移動通信的關(guān)鍵技術(shù)，也是現(xiàn)在各國第四代移動通信的重要技術(shù)，發(fā)展前景廣闊。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)頻碼組來減少多址干擾。 在 CDMA 系統(tǒng)中，我們可以設(shè)計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產(chǎn)生多址干擾的。 空間濾波技術(shù)。多址干擾在嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能的同時，也會嚴(yán)重降低系統(tǒng)的容量。 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。 第三章 主要 對三種多用戶檢測算法進(jìn)行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果圖分析三種多用戶檢測算的性能。 4． 解決調(diào)試中出現(xiàn)的問題，排除故障，最終進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得出合理的仿真圖形和結(jié)論。對最小均方誤差算法和解相關(guān)檢測算法也按照以上步驟實行，最終對每種檢測算法進(jìn)行仿真分析，然后通過仿真得出它們各自的性能優(yōu)劣。它存在兩個極端，一個是噪聲分量極小，多址干擾極大時， MMSE檢測方法可以視為解相關(guān)檢測算法；當(dāng)多址干擾較小，噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多址干擾時， MMSE 檢測算法的矩陣相當(dāng)于單位矩陣，即可將 MMSE 檢測視為傳統(tǒng)多用戶檢測。這里需要提出一點，解相關(guān)檢測算法 是以提高背景噪聲來換取多址干擾的消除，因此它的缺點是噪聲可能增強(qiáng)。因此，文中對傳統(tǒng)多用戶檢測算法進(jìn)行了研究分析。 課題研究的主要內(nèi)容 本文中所研究的多用戶檢測算法主要有傳統(tǒng)多用戶檢測算法、解相關(guān)檢測算法、最小均方誤差 (MMSE)檢測算法。同時，多用戶檢測技術(shù)降低了對移動臺發(fā)射功率的要求，這樣就可以把節(jié)省的功率用于擴(kuò)大通信面積上，增加小區(qū)通信系統(tǒng)的覆蓋面積。 課題研究的目的及意義 多用戶檢測技術(shù)的目的是獲得更大的通信系統(tǒng)容量 ，提高寬帶的利用效率，使覆蓋范圍更廣。 國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 多用戶檢測的這一思想是在 1979 年由白 Schenider 提出，而且還研究了迫零法； 于 1983 年發(fā)表了多用戶干擾消除器的研究，指出了一些研究方向； 1984 年 Verdus 提出了最優(yōu)多用戶檢測器和最大序列檢測器并對燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 其進(jìn)行了分析， 1986 年通過對最優(yōu)多用戶檢測算法的研究，在理論上證明了采用最大似然序列檢測可以逼近單用戶接收機(jī)性能，不僅在一定程度上可有 效地克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，而且提高了系統(tǒng)容量；隨后盲多用戶檢測概念于1995 年被 Miehaex 和 Sergio Vverdu S 提出，使得多用戶檢測技術(shù)向?qū)嵱梅较蛴滞七M(jìn)了一步，同時自適應(yīng)濾波原理也廣泛應(yīng)用其中。 CDMA 的優(yōu)點：第一，設(shè)計容量