【正文】 多用戶檢測(cè)技術(shù)是近三十年來(lái)國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的以消除多址干擾為目。當(dāng)通信用戶數(shù)量較少時(shí)，三種檢測(cè)方法的誤碼率變化趨勢(shì)較陡，即誤碼率較小，檢測(cè)的準(zhǔn)確率增加，受多址干擾和“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)的影響較小?？傮w趨勢(shì)是隨著信噪比的增大，誤碼率會(huì)逐漸減小，但傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)減小的慢。充分體現(xiàn)了多用戶檢測(cè)對(duì)于運(yùn)算量的要求，用戶數(shù)越多，特別對(duì)于線性變換到的矩陣，其 運(yùn)算復(fù)雜度 會(huì)特別 高，出現(xiàn)的錯(cuò)誤概 率也相應(yīng)提高。當(dāng)信噪比較大時(shí)， MMSE 檢測(cè)器和解相關(guān)檢測(cè)器的誤碼率明顯比傳統(tǒng)多用戶小，其性能也要優(yōu)于傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)。 三 種多用戶檢測(cè)的仿真 分析 本節(jié)主要對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法、解相關(guān)多用戶檢測(cè)算法和最小均方誤差多用戶算法進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析 圖 36 是 8 個(gè)用戶，圖 37 是 4 個(gè)用戶。在上文中對(duì) MMSE 多用戶檢測(cè)和解相關(guān)檢測(cè)的原理及性能在理論上做了論述分析，為了獲得充分科學(xué)的研究結(jié)果，我們對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿 真結(jié)果如圖 35 所示： 圖 35 從解相關(guān)檢測(cè)和最小均方誤差檢測(cè)的仿真曲線來(lái)看 ，在小信噪比 (噪聲第 3 章 多用戶檢測(cè)算法的仿真分析 28 功率較大 )時(shí) ，解相關(guān)多用戶檢測(cè)算法與 MMSE 多用戶檢測(cè)算法的誤碼率幾乎相同，甚至解相關(guān)檢測(cè)還要稍微好一點(diǎn)； 隨著信噪比的增大 (信號(hào)功率增強(qiáng) )， 二者的誤碼率都是逐漸減小的，但是 最小均方多用戶檢測(cè)算法的誤碼率明顯優(yōu)于解相關(guān)多用戶檢測(cè)算法 的誤碼率 。 在殘留部分多址干擾條件下， MMSE 多用戶檢測(cè)器降低了背景噪聲的影響，實(shí)際上就是降低背景噪聲和消除多址干擾的折衷 ，總體而言， MMSE多用戶檢測(cè)器性能比較好。 最小均方誤差檢測(cè)的仿真 最小均方誤差檢測(cè)算法也是利用矩陣的變換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是找到一個(gè)最佳矩陣，使輸入與判決輸出之間的信息比特均方誤差盡量小。 MMSE 檢測(cè)算法需要考慮接收用戶信號(hào)的能量或幅度，它的性能與通信 系統(tǒng)中干擾用戶的信號(hào)功率有直接關(guān)系。 經(jīng) 過(guò)推導(dǎo)得： (33) 經(jīng)過(guò)線性變換后： MY=MRAb+MZ=x (34) 判決輸出為： (35) 經(jīng)過(guò)判決用戶 k 的誤碼率為： (36) 從推導(dǎo)式中可以看出， MMSE 檢測(cè)器是傳統(tǒng)檢測(cè)器與解相關(guān)檢測(cè)器兩種檢測(cè)器特性的結(jié)合。 MMSE 檢測(cè)器在傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器的基礎(chǔ)上，在判決輸出前加了一個(gè)最佳矩陣 M，使判決輸之前的出信號(hào)與實(shí)際發(fā)送信號(hào)間的均方誤差最小。解相關(guān)檢測(cè)器的缺點(diǎn)就是，隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增多，對(duì)矩陣求逆運(yùn)算的運(yùn)算量特別大，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)硬件的要求很高，甚至不能實(shí)現(xiàn)。解相關(guān)檢測(cè)雖然消除了多址干擾，但卻增加了背景噪聲，所以說(shuō)，只有在適當(dāng)?shù)臈l件下其才可以發(fā)揮良好的作用。 解相關(guān)檢測(cè)算法的仿真 由公式 (214)分析知，只需一個(gè) R1 矩陣相成，就相當(dāng)于擴(kuò)頻碼正交，便可完全消除多址干擾。解相關(guān)檢測(cè)第 k 個(gè)用戶的誤碼率： 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bkb1b2R 1燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 (31) 式中： (R1Z)k 是通信用戶 k 的噪聲分量， Rkk1 是線性變換矩陣 R1 的第k 行 k 列個(gè)元素 ， (R1y)k 是采樣判決輸出的用戶 k 的信息比特。 解相關(guān)檢測(cè) 的原理及仿真 解相關(guān)檢測(cè)器 若要消除多址干擾的影響，也就是消除公式 (215)中的 R，所以將匹配濾波器組輸出的信息同擴(kuò)頻碼互相關(guān)矩陣的逆矩陣相乘即可，然后判決輸出的就是無(wú)多址干擾信息。總而言之，多 用戶檢測(cè)技術(shù)提高了系統(tǒng)的容量，在消除多址干擾方面效果也非常明顯。 然后對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)器、最優(yōu)多用戶檢測(cè)器、非線性多用戶檢測(cè)器和線性多用戶檢測(cè)器 的原理及特點(diǎn) 做了介紹分析。 對(duì)于以上的分析，研究人員又引入了自適應(yīng)多用戶檢測(cè)方法， 在時(shí)變多徑信道下找出濾波器的參量，這樣可以使計(jì)算量降低，易于硬件的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中也方便。最小均方誤差檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是：背景噪聲較大時(shí)，MMSE 檢測(cè)器接近于傳統(tǒng)檢測(cè)器，多址干擾大噪聲小時(shí)，接近于解相關(guān)檢測(cè)器，整體來(lái)看，它不僅可以克服多址干擾，而且還可以降低噪聲。針對(duì)這些缺點(diǎn)，人們也做了一些改進(jìn)，其性能有所改善。解相關(guān)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是：不用對(duì)通信用戶的信號(hào)功率進(jìn)行估計(jì)，一般情況下比傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)的性能要好，且不需估計(jì)用戶接收信號(hào)的幅度算法的性能與干擾功率的大小無(wú)關(guān)，比最大似然檢測(cè)器的運(yùn)算復(fù)雜度低。 線性多用戶檢測(cè)最具代表性的兩個(gè)算法，一個(gè)是解相關(guān)多用戶關(guān)檢測(cè)算法，另一個(gè)是最小均方誤差多用戶檢測(cè)算法。 線性多用戶檢測(cè)技術(shù) 線性多用戶檢測(cè)器是當(dāng)今研究的主 要方向之一，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器， 線性多用戶檢測(cè)技術(shù) 就是在傳統(tǒng)檢測(cè)器基礎(chǔ)上，在匹配濾波器組后加上一個(gè)矩陣進(jìn)行線性變換，以消除多址干擾對(duì)判決的影響。并行干擾的起始數(shù)據(jù)信息比特估計(jì)出錯(cuò)，那么在該比特上相消的結(jié)果是會(huì)使該比特對(duì)應(yīng)的多址干擾變?yōu)樵瓉?lái)幅度的 2 倍，而且這個(gè)差錯(cuò)依賴增加PIC 的級(jí)數(shù)是沒有效果的。 bi(0)同估計(jì)幅度相乘，經(jīng)擴(kuò)頻后輸出單個(gè)用戶的一個(gè)單位延遲后的信號(hào)估計(jì) Ui(tTb)，部 分相加器把所有估計(jì)信號(hào)相加 ，但是 除 某一單用戶信號(hào)外，這樣就得到了這個(gè)用戶信號(hào)無(wú)多址干擾的估計(jì)。 并行干擾消除檢測(cè)器 PIC 第一級(jí)結(jié)構(gòu)框圖： hk=Ak(tTb)； lk=Sk(tTb) 圖 26 并行干擾消除第一級(jí)結(jié)構(gòu) ?? ki+?? 1i?? 2ib k ( 0 )h 1l 1++匹配濾波器組r ( t T b )判決b 2 ( 1 )b k ( 1 )b 1 ( 1 )b 1 ( 0 )b 2 ( 0 )++h kh 2l 2l k++++燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 并行干擾消除 (PIC)估計(jì)，同時(shí)對(duì)期望用戶消除其它用戶多址干擾，這個(gè)過(guò)程由多級(jí)完成。 SIC 算法的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)雜程度低、運(yùn)算量小 [18]，易于實(shí)現(xiàn)。其原理圖如下所示： r ( t )匹配濾波器幅度估計(jì)判決延遲T bX Xy ka2a1ba 3 +r(1)(t)第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 19 圖 25 串行干擾消除第一級(jí)結(jié)構(gòu) a1=Ak(tTb)； a2=SK(tτ Tb)； a3=r(tTb) 串行 干擾 消除檢測(cè)的過(guò)程可重復(fù)多次，檢測(cè)的關(guān)鍵是把 k 個(gè)用戶的功率按從大到小的順序排列，功率大的先被判決，因?yàn)楣β试酱笈袥Q的錯(cuò)誤概率就越小，同時(shí)大功率信號(hào)產(chǎn)生的多址干擾也較大，可以 及時(shí)的消除，提高對(duì)信號(hào)錯(cuò)判概率，尤其對(duì)于較弱的信號(hào)。 這種干擾抵消在一定程度上 克服了“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)。一般都是用工程數(shù)學(xué)進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究分析，對(duì)于更深一步的研究，只能用計(jì)算機(jī)仿真來(lái)完成。 非線性多用戶檢測(cè) 利用非線性多用戶檢測(cè)方法消除多址干擾也是當(dāng)今研究的一個(gè)課題。在理論上，這種方法的錯(cuò)誤概率最小，抗多址干擾能力強(qiáng)。同時(shí)我們也提到，如果將其他通信用戶的信息 結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行科學(xué)合理的開發(fā)利用，那么就可以消除多址干擾，完善多用戶檢測(cè)方法。正如上文論述那樣，實(shí)際的通信系統(tǒng)中這種情況幾乎不可能存在，而且當(dāng)干擾用戶的功率大于期望的通信用戶時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)，是傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)的性能大大折扣。因?yàn)閭鹘y(tǒng)多用戶檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是把多個(gè)單用檢測(cè)器聯(lián)合在了一起，實(shí)際上它是用單用檢測(cè)的思想來(lái)設(shè)計(jì)的多用戶檢測(cè)器。 匹配濾波器輸出的公式中可以看出，多址干擾項(xiàng)中存在互相關(guān)系數(shù)這一類的接收機(jī)預(yù)先知道的信息，多用戶檢測(cè)技術(shù)的思想就是科學(xué)合理的利用這些信息的結(jié)構(gòu)特征，將其檢測(cè)性能進(jìn)行改善。若要沒有多址干擾，只有擴(kuò)頻碼完全正交才可以，但在實(shí)際的移動(dòng)通信過(guò)程中，這種情況幾乎不會(huì)出現(xiàn)，所以多址干擾一直存在，傳統(tǒng)檢測(cè)器的性能也就大打折扣。 匹配濾波器組記作一個(gè)矢量 Y， 用戶發(fā)射的信息比特記作矢量 b， 通信用戶間的特征波形的互相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行歸一化為 R。由公式可以看出，多址干擾的程度與通信用戶擴(kuò)頻碼間的互相關(guān)有關(guān)系。 (212) nk 是一個(gè)高斯隨機(jī)過(guò)程，其方差為σ 均值為零。大多數(shù)情況下用于多用 戶檢測(cè)器的評(píng)估， 它表示 期望 用戶的功率 比上某一通信用戶的匹配濾波器輸出的其它干擾成分。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 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)通信用戶的第 i 個(gè)比特的接收能量。10s u p limlim00????????????????????????????????? ????????EPeeqqqqq rQrd ef? ??????????? ??? PE qq1lo g2 20l i m?????????? ???????? ?? qj jqqjq PAA222 1,0m ax?第 2 章 多用戶檢測(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 式 (27)， inf 表示下確界，抗“遠(yuǎn) 近 ”能力由各通信用戶的擴(kuò)頻波形和解調(diào)器來(lái)決定。 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)。 抗 “遠(yuǎn) 近 ”能力。 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)。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。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：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。 漸近多用戶有效性 。 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。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)