【正文】 1,1匹配濾波器組k個(gè)y ( t )Y 1 ( i )Y k ( i )Y 2 ( i ) 判決b 1 （ i ）多用戶檢測(cè)算法 b k （ i ）b 2 （ i ）燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 現(xiàn)。因此， 等人提出了最優(yōu)多用戶檢測(cè)器，即最大似然準(zhǔn)則多用戶檢測(cè)器 [17]，該檢測(cè)器是從接收信號(hào) y(t)中找出發(fā)送信號(hào) b,使b 的概率（聯(lián)合后驗(yàn)概率）趨于最大化。 第 2 章 多用戶檢測(cè)的概述 17 最優(yōu)多用戶檢測(cè)器 上節(jié)中 ， 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)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 。只有當(dāng)擴(kuò)頻碼完全正交，用戶功率相同時(shí)，才能消除多址干擾，達(dá)到比較滿意的性能。 ? ? ? ? ? jktkjbjk dSSTR ttT b ?? ?01? ? ?????? ???? 10 byPP kkrke? ??????????????????????? ????? ???kjjjjkkkkjbAAQ11,1121燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)的仿真 分析 根據(jù) 上節(jié)中傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)的原理及理論分析，對(duì)其進(jìn)行了計(jì)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(cè)多用戶算法 的誤碼率的波動(dòng)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。 傳統(tǒng)檢測(cè)器用戶 K 的誤碼率： (217) β是 K1 維的列矢量，即其他通信用戶對(duì)用戶 K1 的形成的干擾。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(hào)函數(shù) 傳統(tǒng)檢測(cè)器還是單用戶檢測(cè)器的思想，沒(méi)有考慮到其他用戶對(duì)期望用戶的干擾，多址干擾嚴(yán)重影響了判決的輸出。 為了更便于分析，我們引入矩陣向量來(lái)表示相關(guān)量。 (213) 式（ ）中，按從左到右順序，第一項(xiàng)是我們希望得到的 期望 信號(hào)，第二項(xiàng)就是多用戶通信中的多址干擾項(xiàng)，第三項(xiàng)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(cè)的概述 15 干擾項(xiàng)。當(dāng)不存在干擾通信用戶時(shí) ,第 K 個(gè)用戶輸出的信干比為 : (29) 在同步 DSCDMA 系統(tǒng)中 ,第 K 個(gè)用戶的信干比為 : (210) ?? qq Ejqjin f0???? ? ? ?? ? ?? qiq iE jqjiin f 0,0, ???? 22ASIR k?????kj jkjkPAASIR2222?燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)原理及仿真 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器的原理 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)技術(shù)主要以傳統(tǒng)檢測(cè)器來(lái)研究 ， 傳統(tǒng)檢測(cè)器是將接收到的信息通過(guò)一個(gè)匹配濾波器組 ，然后對(duì)每個(gè)匹配濾波器輸出的信息直接采樣判決，原理框圖如下所示： 圖 22 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器原理圖 在信息傳遞過(guò)程中，第 i 個(gè)信息符號(hào)的間隔內(nèi)第 k 個(gè)匹配濾波器的輸出用公式表示 為： (211) 上式 ρ jk 表示第 j 個(gè)通信用戶的特征波形和第 k 個(gè)用戶特征波形的互相關(guān)。 信干比（ SIR） 。“遠(yuǎn) 近”效應(yīng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最為常見(jiàn)，因?yàn)橐苿?dòng)用戶不是固定不動(dòng)的，所以基站對(duì)他們的信號(hào)接收能量也不是固定的。 ? ? ? ?0。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。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)。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。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。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。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。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。 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。 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。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)。 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。 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)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。 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）。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)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。 最優(yōu)聯(lián)合檢測(cè)方法也是可行的。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。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]。 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)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。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。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。 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。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。 空間濾波技術(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。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。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 。 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。 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。 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。把傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)、解相關(guān) 檢測(cè)、最小均方誤差 (MMSE)檢測(cè)三種算法作為主要研究對(duì)象 。 4． 解決調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)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。 2． 畫出整體設(shè)計(jì)框圖，并劃分模塊， 對(duì)各模塊的原理框圖要清晰。對(duì)最小均方誤差算法和解相關(guān)檢測(cè)算法也按照以上步驟實(shí)行，最終對(duì)每種檢測(cè)算法 進(jìn)行仿真分析，然后通過(guò)仿真得出它們各自的性能優(yōu)劣。 課題研究的步驟和方法 解 相關(guān)檢測(cè)算法和最小均方誤差檢測(cè)算法目的都是降低 或消除多址干擾，而傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)方法主要用來(lái) 比較，當(dāng)有噪聲時(shí)最小均方誤差檢測(cè)算法兼顧到了對(duì)噪聲的抑制，沒(méi)有背景噪聲時(shí)，解相關(guān)檢測(cè)可以完全消除多址干擾。它存在兩個(gè)極端，一個(gè)是噪聲分量極小，多址干擾極大時(shí)， MMSE檢測(cè)方法可以視為解相關(guān)檢測(cè)算法；當(dāng)多址干擾較小，噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多址干擾時(shí)， MMSE 檢測(cè)算法的矩陣相當(dāng)于單位矩陣，即可將 MMSE 檢測(cè)視為傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)。 最小均方誤差 (MMSE)檢測(cè)算法： MMSE 檢測(cè)算是將多址干擾和背景噪聲綜合考慮的一種多用戶檢測(cè)方法，它是將實(shí)際發(fā)送的信號(hào)與判決前輸出信號(hào)之間均方誤差最小，從而提高通信質(zhì)量。這里需要提出一點(diǎn)，解相關(guān)檢測(cè)算法 是以提高背景噪聲來(lái)?yè)Q取多址干擾的消除，因此它的缺點(diǎn)是噪聲可能增強(qiáng)。 解相關(guān)檢測(cè)算法不用去估計(jì)通信用戶的信號(hào)功率，因此它有良好的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)這一優(yōu)點(diǎn)。因此，文中對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了研究分析。我們可以看出，傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)方法未對(duì)其他用戶的干擾作任何處理，沒(méi)有考慮到多址干擾對(duì)用戶通信判決的影響，從這一點(diǎn)來(lái)看，它采用的還是 單 用戶檢測(cè)思想。 課題研究的主要內(nèi)容 本文中所研究的多用戶檢測(cè)算法主要有傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法、解相關(guān)檢測(cè)算法、最