多用戶檢測(cè)技術(shù)研究畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　學(xué)院、系 電子信息工程學(xué)院 電子系</p><p>　　專業(yè)名稱 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　年 級(jí) 2008級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2012年5月31日</p><p><b>　　多用戶檢測(cè)技術(shù)研究</b></p><p>　　摘要：多用戶檢測(cè)是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。多用戶檢測(cè)是綜合考慮同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶或某些用

3、戶，消除或減弱其它用戶對(duì)任一用戶的影響，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)檢測(cè)方法。本文主要研究了CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的各種多用戶檢測(cè)算法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。首先介紹了多用戶檢測(cè)技術(shù)的基本分類，主要有線性多用戶檢測(cè)和非線性多用戶檢測(cè)兩類，前者包括解相關(guān)檢測(cè)、線性最小均方誤差檢測(cè)，后者則以干擾抵消多用戶檢測(cè)為主，又分為串行和并行干擾消除多用戶檢測(cè)。然后對(duì)各類多用戶檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。文中通過仿真比較分析了傳統(tǒng)檢測(cè)器、

4、串行干擾抵消檢測(cè)器和解相關(guān)檢測(cè)器等經(jīng)典多用戶檢測(cè)器的誤碼率。隨著多用戶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，多用戶檢測(cè)成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：多用戶檢測(cè)，串行干擾消除，并行干擾消除 </p><p>　　Research On Muti-User Detection Technique</p><p>　　Author: Hu

5、 Bo</p><p>　　Tutor: Sun Kai</p><p>　　Abstract: Multi-user detection is an anti-interference key technology in broadband CDMA system. Multi-user detection is a method for signal detection; it ove

6、rall evaluates all users or certain users who occupy some channels, other users to any user's influence will be eliminated or weakened. In the meantime, information of all users or certain users is detected. This art

7、icle focuses on the principle and algorithm of Multiuser Detection (MUD) and discusses the main techniques available for data d</p><p>　　Key words: Multi-user detection (MUD), SIC, PIC</p><p>&l

8、t;b>　　多用戶檢測(cè)技術(shù)研究</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 多用戶檢測(cè)技術(shù)產(chǎn)生背景</p><p>　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是能夠滿足國(guó)際電聯(lián)提出的IMT-2000/FPLMTS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，要求具有很好的網(wǎng)絡(luò)兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)不同系統(tǒng)間的漫游，不

9、僅要為移動(dòng)用戶提供話音及低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且要提供廣泛的多媒體業(yè)務(wù)。ITU已對(duì)IMT-2000的測(cè)試環(huán)境提出了具體標(biāo)準(zhǔn)，給出了表征IMT-2000系統(tǒng)的最低限度的參數(shù)，包括支持的數(shù)據(jù)速率范圍、誤碼率標(biāo)準(zhǔn)、單向的時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)、激活因子和業(yè)務(wù)量模型。根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)，世界各大電信公司聯(lián)盟均已提出了自己的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)方案,主要有以日本DoCoMo公司為首提出的W-CDMA、美國(guó)Lucent和Motorola等公司提出的CDMA2000、歐洲

10、西門子和阿爾卡特等公司提出的TD-CDMA以及我國(guó)提出的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA?？傮w來(lái)說，雖然這些方案不甚相同，但是全世界在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用寬帶碼分多址(CDMA)技術(shù)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)具備了第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)的整體開發(fā)能力，但在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究開發(fā)方面還剛剛起步。當(dāng)前最為迫切的任務(wù)是進(jìn)行寬帶CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，要努力形成自己的專利技</p><p>　　1.

11、2 多用戶檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　多用戶檢測(cè)是寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際的CDMA通信系統(tǒng)中，各個(gè)用戶信號(hào)之間存在一定的相關(guān)性，這就是多址干擾(Multiple Access Interference ,MAI)存在的根源。由個(gè)別用戶產(chǎn)生的固然很小，可是隨著用戶數(shù)的增加或信號(hào)功率的增大，就成為寬帶CDMA通信系統(tǒng)的一個(gè)主要干擾。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶的信

12、號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理，因而抗干擾能力較差；多用戶檢測(cè)(Multi-User Detection, MUD)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分利用造成干擾的所有用戶信號(hào)信息對(duì)單個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能，解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，降低了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。目前尋求MUD技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合的方法,以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合優(yōu)化?，F(xiàn)在研究較多的有MUD技術(shù)與空時(shí)二級(jí)信號(hào)處理、信道

13、編碼、功率控制等技術(shù)的結(jié)合；另外,還有用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多用戶檢測(cè)可以考慮系統(tǒng)的非線性、非平衡性和非高斯性,因此,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)近來(lái)也受到人們的注意。還有將智能天線技術(shù)引入多用戶檢測(cè)</p><p><b>　　2 多用戶檢測(cè)技術(shù)</b></p><p>　　2.1 多用戶檢測(cè)技術(shù)概述及其作用</p><p>　　多用戶檢測(cè)是第三代移動(dòng)通

14、信系統(tǒng)中寬帶CDMA通信系統(tǒng)抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)每個(gè)用戶的信號(hào)分別進(jìn)行擴(kuò)頻碼匹配處理，因而抗多址干擾()能力較差；如圖2.1所示，多用戶檢測(cè)(Multi-User Detection, MUD)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過取消小區(qū)間干擾來(lái)改進(jìn)性能，增加系統(tǒng)容量。實(shí)際容量的增加取決于算法的有效性、無(wú)線環(huán)境和系統(tǒng)負(fù)載。充分利用造成多址干擾的所有用戶信號(hào)信息對(duì)多個(gè)用戶做聯(lián)合檢測(cè)或從接收信號(hào)中減掉相

15、互間干擾的方法，有效地消除的影響，從而具有優(yōu)良的抗干擾性能。在理想情況下，應(yīng)用多用戶檢測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)的性能將接近單用戶時(shí)的性能。這顯然消除了“遠(yuǎn)—近”效應(yīng)的影響，可以簡(jiǎn)化用戶的功率控制，降低系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求。并且由于的消除，用戶在較小的信噪比下就可達(dá)到可靠的性能，單用戶信噪比的降低可以直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)容量的增加，因此可以更加有效地利用鏈路頻譜資源，顯著提高系統(tǒng)容量。</p><p>　　圖2.1 多用戶檢測(cè)技

16、術(shù)原理圖</p><p>　　多用戶檢測(cè)的作用就是去除多用戶之間的相互干擾。也就是根據(jù)多用戶檢測(cè)算法，在經(jīng)過非正交信道和非正交的擴(kuò)頻碼字，重新定義用戶判決的分界線，在這種新的分界線上，可以達(dá)到更好的判決效果，去除用戶之間的相互干擾。</p><p>　　多用戶檢測(cè)的主要優(yōu)點(diǎn)：它是消除或減弱CDMA中多址干擾的有效手段，也是消除或減弱CDMA中多徑衰落干擾的有效手段，并且能夠消除或減弱CDM

17、A中的遠(yuǎn)近效應(yīng)，簡(jiǎn)化CDMA系統(tǒng)中的功率控制，降低功率控制的精度要求，彌補(bǔ)CDMA中由于正交擴(kuò)頻互相關(guān)性不理想所帶來(lái)的一系列消極影響，改善CDMA系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)容量、擴(kuò)大校區(qū)覆蓋范圍。多用戶檢測(cè)的主要缺點(diǎn)：大大增加CDMA系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜度，增加CDMA系統(tǒng)的處理時(shí)延，特別是對(duì)于采用自適應(yīng)算法，以及對(duì)于擴(kuò)頻碼較長(zhǎng)的系統(tǒng)更是如此。多用戶檢測(cè)一般需要知道很多附加信息，如所有用戶的擴(kuò)頻碼、衰落信道的主要統(tǒng)計(jì)參量：幅度、相位。延時(shí)等，這對(duì)于時(shí)

18、變信道，需要不停地對(duì)每個(gè)用戶信道進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)才能實(shí)現(xiàn)，一般而言是非常困難的，而且參量估計(jì)的精度將直接影響多用戶檢測(cè)器的性能好壞。</p><p>　　2.2 多用戶檢測(cè)技術(shù)工作原理</p><p>　　如下圖2.2所示，假設(shè)有個(gè)用戶，每個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)比特，通過擴(kuò)頻碼字進(jìn)行頻率擴(kuò)展，經(jīng)過無(wú)線信道傳輸，加入了噪聲，接收端接收的用戶信號(hào)與同步的擴(kuò)頻碼字相關(guān)，接收機(jī)相乘器由乘法器、積分和信息轉(zhuǎn)存功

19、能部分組成。解擴(kuò)后的結(jié)果通過多用戶檢測(cè)算法去除用戶之間的干擾，得到用戶的信號(hào)估計(jì)值。多用戶檢測(cè)將不期望的多接入干擾從接入信號(hào)中分離。多用戶檢測(cè)輸出的是估測(cè)的數(shù)據(jù)比特。從原理圖上就可以看出：多用戶檢測(cè)的關(guān)鍵取決于相關(guān)器的同步擴(kuò)頻碼字跟蹤、各個(gè)用戶信號(hào)的檢測(cè)性能、相對(duì)能量的大小信道估計(jì)的準(zhǔn)確性等接收機(jī)的性能，也就是取決于捕捉到的能量、相位的影響和碼跟蹤差錯(cuò)。在理想情況下，與沒有MUD的系統(tǒng)相比，MUD減少干擾2.8倍因子。實(shí)際情況下，MUD

20、的有效性不到100% ，也就是說取決于檢測(cè)方案、信道估計(jì)、時(shí)延估測(cè)和功率控制差錯(cuò)。</p><p>　　圖2.2 多用戶檢測(cè)系統(tǒng)模型</p><p>　　2.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)的分類</p><p>　　多用戶檢測(cè)技術(shù)分為線性多用戶檢測(cè)和非線性多用戶檢測(cè)。線性多用戶檢測(cè)主要有下面幾類: 解相關(guān)檢測(cè),最小均方誤差檢測(cè), 盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)和多項(xiàng)式擴(kuò)展多用戶檢測(cè)，其中前

21、三類只能用于短碼系統(tǒng), 而多項(xiàng)式檢測(cè)可以在長(zhǎng)碼系統(tǒng)中應(yīng)用。非線性多用戶檢測(cè)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。</p><p>　　2.3.1 解相關(guān)檢測(cè)</p><p>　　由Lupas和Verdu提議的解相關(guān)器(又稱為零驅(qū)動(dòng)檢測(cè)器) 結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 解相關(guān)器示意圖</p

22、><p>　　這種檢測(cè)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,該矩陣僅與各用戶的擴(kuò)頻序列以及序列間的相對(duì)時(shí)延有關(guān)。得到信道傳輸?shù)哪婢仃?就可以將多用戶信號(hào)經(jīng)過個(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)際上是一個(gè)非因果的無(wú)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)際情況中要將截?cái)酁橛邢揲L(zhǎng)，具體實(shí)現(xiàn)可以采

23、用橫向?yàn)V波器。這種檢測(cè)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(duì)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(hào)很大的時(shí)延,也就是說解相關(guān)檢測(cè)的性能是以提高背景噪聲為代價(jià)換取消除多址干擾的。</p><p>　　2.3.2 MMSE多用戶檢測(cè)</p><p&

24、gt;　　使用最小均方誤差準(zhǔn)則，可以得到MMSE多用戶檢測(cè)。與解相關(guān)不同的是它不會(huì)增強(qiáng)噪聲。MMSE檢測(cè)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(lái)說，在信噪比低的情況下，MMSE檢測(cè)器優(yōu)于解相關(guān)檢測(cè)器，在信噪比高的情況下，解相關(guān)檢測(cè)器比MMSE性能更優(yōu)。</p><p>　　2.3.3 多項(xiàng)式擴(kuò)展(PE)多用戶檢測(cè)</p><p>　　S.Moshavi提

25、出了一種稱為多項(xiàng)式擴(kuò)展的多用戶檢測(cè)方法。這一算法的基本思想是應(yīng)用的矩陣多項(xiàng)式來(lái)逼近一個(gè)線性變換。多項(xiàng)式擴(kuò)展多用戶檢測(cè)實(shí)質(zhì)上還是解相關(guān)檢測(cè)或者是最小均方誤差檢測(cè)，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(cè)有一個(gè)最重要的特點(diǎn)是在長(zhǎng)碼系統(tǒng)和短碼系統(tǒng)中同樣容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.3.4 盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)</p><p>　　對(duì)于快時(shí)變信道，由于需要頻繁發(fā)送訓(xùn)練序列

26、，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(hào)本身提取信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，成為盲自適應(yīng)檢測(cè)。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(cè)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(cè)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(cè)。盲算法的收斂速度慢是通病，特別是對(duì)于快速時(shí)變信道，這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。但對(duì)于慢時(shí)變的移動(dòng)信道，它仍是

27、很有吸引力的算法。</p><p>　　3 非線性多用戶檢測(cè)</p><p>　　干擾消除檢測(cè)器(又稱為非線性多用戶檢測(cè))一般由多級(jí)組成, 其基本思想是在接收端估計(jì)對(duì)每個(gè)用戶的多址干擾, 然后從接收信號(hào)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(cè)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(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行可靠的估計(jì), 不可靠的估計(jì)將

28、嚴(yán) 重降低檢測(cè)性能。干擾抵消多用戶檢測(cè)主要有串行干擾消除和并行干擾消除。</p><p><b>　　3.1 引言</b></p><p>　　首先我們將CDMA通信系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，設(shè)有個(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(hào)的基帶表示為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p>

29、<p>　　CDMA通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)的檢測(cè)器是由個(gè)相關(guān)器組成的，相關(guān)檢測(cè)器可以由匹配濾波器代替，所以又稱為匹配濾波檢測(cè)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：</p><p>　　，其中；如果；如果。所以第個(gè)用戶的相關(guān)器輸出是：</p><p><b>　?。?.2）</b></p&

30、gt;<p>　　3.2 串行干擾消除</p><p>　　3.2.1 串行干擾消除操作過程及注意事項(xiàng)</p><p>　　串行干擾消除(Successive Interference Cancellation, SIC)串行干擾消除器由多級(jí)組成，一級(jí)對(duì)一個(gè)用戶序列信號(hào)進(jìn)行判決、再造、消除，以給下面的各級(jí)減輕，各用戶的操作順序是根據(jù)信號(hào)功率的下降順序來(lái)確定的。將檢測(cè)用戶信號(hào)的

31、功率按從大到小排列的原因是：</p><p>　　(1)強(qiáng)功率用戶用傳統(tǒng)檢測(cè)器時(shí)，其誤碼率比弱功率用戶低，容易得到正確的判。</p><p>　　(2)強(qiáng)功率用戶產(chǎn)生的較大，首先把它從接收用戶信號(hào)中刪除，從而大大有利于隨后其它用戶的檢測(cè)，能克服“遠(yuǎn)近”效應(yīng)。</p><p>　　如圖4.1，接收機(jī)首先根據(jù)接收信號(hào)功率估值對(duì)用戶進(jìn)行排序，然后按功率由高到低次序?qū)Ω饔脩?/p>

32、信號(hào)依次進(jìn)行判決和估計(jì)。即先解調(diào)出最強(qiáng)功率信號(hào)用戶，根據(jù)判決結(jié)果，該信號(hào)擴(kuò)頻碼、幅度估計(jì)值和相位信息得到該用戶對(duì)其他用戶所產(chǎn)生多址干擾，然后從總的接收信號(hào)中減去該多址干擾估計(jì)值，將結(jié)果作為一下級(jí)輸入信號(hào)，這樣就去掉了最強(qiáng)多址干擾分量。</p><p>　　圖4.1 串行干擾消除原理圖</p><p>　　然后再檢測(cè)次最強(qiáng)用戶信號(hào)，重復(fù)以下步驟，“判決—再造—消除”，直至所有用戶信號(hào)被檢測(cè)出

33、。接收端各用戶信號(hào)功率相差越大，越利于串行干擾抵消檢測(cè)算法的工作。串行干擾抵消算法之所以按信號(hào)功率強(qiáng)度由強(qiáng)到弱依次消除多址干擾是因?yàn)椋簩?duì)于功率最強(qiáng)用戶信號(hào)，最容易正確解調(diào)和恢復(fù)；去除功率最強(qiáng)用戶信號(hào)對(duì)剩下用戶來(lái)說受益最大。因此，串行干擾抵消檢測(cè)算法能大大提高弱用戶檢測(cè)準(zhǔn)確率。</p><p>　　通過上述過程可以看出：</p><p>　　(1)串行干擾消除按信號(hào)功率從大到小依次相消，其性

34、能很大程度上取決于用戶接收信號(hào)的功率分布，用戶接收信號(hào)的功率分布差別越大，性能提高就越明顯。首先，信號(hào)最強(qiáng)的用戶解調(diào)得到的可靠性最高；其次，從總信號(hào)中將最強(qiáng)用戶信號(hào)先檢測(cè)出來(lái)，對(duì)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，把信號(hào)最強(qiáng)的用戶檢測(cè)出來(lái)的同時(shí)也減小了對(duì)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(duì)最弱的用戶來(lái)說，它在抗多址干擾方面獲得很大改善。同時(shí)這也導(dǎo)致S

35、IC檢測(cè)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(duì)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(jí)的檢測(cè)錯(cuò)誤將會(huì)在以下各級(jí)中累加，它會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)性能。</p><p>　　(2)在串行干擾消除檢測(cè)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，

36、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。</p><p>　　(3)串行干擾消除需要對(duì)用戶的功率進(jìn)行排序。在無(wú)線衰落信道中，用戶信號(hào)功率是變化的，此時(shí)需要重新排序。因此，必須在信號(hào)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。</p><p>　　(4)串行干擾消除需要估計(jì)用戶信號(hào)的延時(shí)、幅度和相位。</p><

37、;p>　　(5)串行干擾消除結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)算復(fù)雜度與用戶數(shù)呈線性關(guān)系。多用戶檢測(cè)中的干擾消除算法充分利用了多個(gè)用戶的信息，并且工程實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。存在的問題是：對(duì)干擾的估計(jì)要求相當(dāng)準(zhǔn)確，否則干擾刪除的效果會(huì)大大削弱甚至使系統(tǒng)惡化。</p><p>　　3.2.2 串行干擾消除檢測(cè)算法</p><p>　　圖4.2是兩個(gè)用戶時(shí)串行干擾抵消檢測(cè)算法結(jié)構(gòu)圖，假定用戶2功率比用戶1功率大。<

38、;/p><p>　　圖4.2 兩個(gè)用戶的串行干擾消除檢測(cè)算法框圖</p><p>　　對(duì)于一個(gè)同步DS-CDMA系統(tǒng),假定小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)為，則接收信號(hào)可以表示為： </p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中為第個(gè)用戶的幅度；為第個(gè)用戶的信息比特；為擴(kuò)頻波形；為具有單位功率譜密度的高斯白

39、噪聲。</p><p>　　經(jīng)過匹配濾波器后，第個(gè)匹配濾波器的輸出可表示為：</p><p><b>　　（4.4）</b></p><p>　　其中，式（4.4）的向量形式可表示為： （4.5）</p><p>　　其中：，。各種CDMA多用戶檢測(cè)算法的區(qū)別主要是對(duì)匹配濾波

40、器的輸出處理方式不同，即CDMA多用戶檢測(cè)器所要解決的問題主要是如何利用匹配濾波器的輸出，準(zhǔn)確快速地估計(jì)出用戶發(fā)送的信息序列。</p><p>　　對(duì)于有個(gè)用戶的串行干擾消除檢測(cè)器，接收信號(hào)一次去掉一個(gè)干擾波形，當(dāng)對(duì)第個(gè)用戶進(jìn)行判決時(shí),則假定對(duì)個(gè)用戶的判決是正確的，并忽略個(gè)用戶的存在,那么同步信道下第個(gè)用戶的判決輸出是：</p><p><b>　?。?.6）</b>

41、</p><p>　　3.2.3 串行干擾消除檢測(cè)算法的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　串行干擾消除檢測(cè)算法具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需在傳統(tǒng)檢測(cè)算法基礎(chǔ)上附加少量硬件即可實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　(2)能相對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)算法有較大提高；</p><p>　　(3)不改善最強(qiáng)功率用戶抗多址干擾性

42、能，明顯改善弱功率用戶抗多址干擾性能，總體性能得到改善；</p><p>　　(4)計(jì)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性關(guān)系。</p><p>　　串行干擾消除檢測(cè)算法具有以下缺點(diǎn)：</p><p>　　(1)SIC檢測(cè)算法檢測(cè)每個(gè)用戶都會(huì)相應(yīng)增加一個(gè)時(shí)延，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較大時(shí)，時(shí)延大，不能滿足實(shí)時(shí)要求；</p><p>　　(2)SIC檢測(cè)算法需要對(duì)用戶按

43、功率進(jìn)行排序，因此當(dāng)用戶信號(hào)功率強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)需要重新排序；</p><p>　　(3)SIC檢測(cè)算法要求初級(jí)檢測(cè)必須準(zhǔn)確，否則不但不能消除多址干擾，還會(huì)引入虛擬用戶，引起誤差傳播。</p><p>　　但是，由于串行干擾消除檢測(cè)算法概念和硬件實(shí)現(xiàn)都比較簡(jiǎn)單，是目前實(shí)際系統(tǒng)中最有可能廣泛應(yīng)用的多用戶檢測(cè)算法之一。</p><p>　　3.3 并行干擾消除</p

44、><p>　　3.3.1 并行干擾消除操作過程及注意事項(xiàng)</p><p>　　并行干擾消除(Parallel Interference Cancellation, PIC)為了解決SIC在時(shí)延以及重排上的缺陷問題，產(chǎn)生了并行干擾消除檢測(cè)，它不需要對(duì)用戶的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行排序。并行干擾消除存在多級(jí)檢測(cè)，在每級(jí)檢測(cè)的干擾消除中，每個(gè)用戶減去其他用戶的信號(hào)強(qiáng)度, 并進(jìn)行解調(diào)。重復(fù)多次這樣的干擾消除，就可

45、以消除其他用戶的多址干擾。并行干擾消除器的基本原理是利用接收信號(hào)的初始值或前級(jí)判決值構(gòu)造所有用戶的干擾信號(hào)，然后同時(shí)并行從接收信號(hào)中抵消所有用戶的干擾。在每一級(jí)中，根據(jù)上一級(jí)的輸出在每個(gè)用戶的接收信號(hào)中去掉其它用戶對(duì)它產(chǎn)生的多址干擾，并用修改過的接收信號(hào)對(duì)所有用戶的信號(hào)進(jìn)行重新估計(jì)。</p><p>　　PIC的設(shè)計(jì)思想基本上和SIC的設(shè)計(jì)思想是一致的，只是由于PIC是并行處理，克服了SIC時(shí)延大的缺點(diǎn)，并且在信

46、號(hào)發(fā)生變化時(shí)重新排序，因此具有較高的實(shí)用價(jià)值。在每級(jí)干擾消除檢測(cè)中，并不是完全刪除其他用戶的信號(hào)強(qiáng)度，而是乘以一個(gè)相對(duì)小的系數(shù)，避免了傳統(tǒng)匹配濾波接收檢測(cè)中的誤碼率被不斷放大。PIC的好處在于實(shí)現(xiàn)了多用戶的干擾消除，而時(shí)延又小于SIC，但與此同時(shí)也增加了算法的計(jì)算量。</p><p>　　具體的操作如下：如圖4.3，并行干擾消除檢測(cè)器的每一級(jí)將前一級(jí)的硬判決輸出與幅度估計(jì)相乘，再通過擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻，就得到了延時(shí)一個(gè)比

47、特的每個(gè)用戶接收信號(hào)的估計(jì)值。然后對(duì)每個(gè)用戶，從總的接收信號(hào)中減去其它用戶的估計(jì)值，就得到了單一用戶接收信號(hào)的值。對(duì)該值用傳統(tǒng)檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，就得到了該級(jí)的各用戶信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果。在多級(jí)結(jié)構(gòu)中，第一級(jí)的輸出送入第二級(jí)，再進(jìn)行相同的檢測(cè)步驟。并行干擾消除器最大優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性關(guān)系，所以大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度，有利于高速實(shí)時(shí)應(yīng)用，但是由于進(jìn)行了判決反饋所以相對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)器的改進(jìn)依賴于第一級(jí)判決的正確度。當(dāng)信噪比較低而第一級(jí)判決

48、的誤碼率過高時(shí)，由于錯(cuò)誤的判決而導(dǎo)致對(duì)每個(gè)干擾用戶產(chǎn)生的多址干擾的相反極性的估計(jì)，使得減去多址干擾的估計(jì)值的結(jié)果是多址干擾反而加大了，最終造成誤碼的擴(kuò)散，誤碼性能反而不如傳統(tǒng)檢器。</p><p>　　圖4.3 并行干擾消除原理圖</p><p>　　與SIC相比，PIC檢測(cè)器的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且當(dāng)某一級(jí)檢測(cè)器對(duì)一個(gè)用戶的判決有誤時(shí)，下一級(jí)會(huì)使該用戶對(duì)其它用戶的干擾加倍，即出現(xiàn)誤差傳播的現(xiàn)

49、象。并且如果多級(jí)檢測(cè)器的級(jí)數(shù)過多，對(duì)性能的改善并不明顯，有可能出現(xiàn)下一級(jí)誤碼率高于前一級(jí)誤碼率的現(xiàn)象，一般PIC的級(jí)數(shù)應(yīng)限制在3級(jí)以內(nèi)。</p><p>　　3.3.2 并行干擾消除檢測(cè)算法</p><p>　　不失一般性，以用戶為例來(lái)推導(dǎo)并行干擾消除的過程。圖中和分別代表用戶的第級(jí)和第級(jí)判決輸出，用戶的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過完全干擾消除后得到如下結(jié)果：</p><p>&l

50、t;b>　?。?.7）</b></p><p>　　所得結(jié)果通過匹配濾波器組進(jìn)行碼片匹配濾波，最后通過判決器判決輸出。 </p><p>　　圖4.4 并行干擾消除檢測(cè)算法框圖</p><p>　　由圖4.4，對(duì)于一個(gè)同步DS-CDMA系統(tǒng),假定小區(qū)內(nèi)用戶數(shù)為，則接收信號(hào)可以表示為： （4.8）&

51、lt;/p><p>　　式中為第個(gè)用戶的幅度；為第個(gè)用戶的信息比特；為擴(kuò)頻波形；為具有單位功率譜密度的高斯白噪聲。</p><p>　　經(jīng)過匹配濾波器后，第個(gè)匹配濾波器的輸出可表示為：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　其中，，式(4.9)的向量形式可以表示為：

52、 （4.10）</p><p>　　其中，，。各種CDMA多用戶檢測(cè)算法的區(qū)別主要是對(duì)匹配濾波器的輸出處理方式不同，即CDMA多用戶檢測(cè)器所要解決的問題主要是如何利用匹配濾波器的輸出，準(zhǔn)確快速地估計(jì)出用戶發(fā)送的信息序列。</p><p>　　并行干擾抵消檢測(cè)器是對(duì)每一用戶的匹配濾波器輸出做初始判決，用它去估計(jì)多址接入干擾，并從初始的輸出中減去而

53、得到更接近真實(shí)發(fā)送信號(hào)的輸出，接著再進(jìn)行判決、估計(jì)，如此循環(huán)往復(fù)，直到得到期望的性能指標(biāo)。同步信道下，第一級(jí)采用傳統(tǒng)檢測(cè)的兩級(jí)并行干擾消除檢測(cè)器的第個(gè)用戶的判決輸出可以表示為：</p><p><b>　　（4.11）</b></p><p>　　3.3.3 并行干擾抵消算法的特點(diǎn)</p><p>　　(1)PIC算法的時(shí)延與用戶數(shù)沒有關(guān)系，僅

54、和級(jí)數(shù)有關(guān)，可以保證實(shí)時(shí)處理的要求；</p><p>　　(2)運(yùn)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性關(guān)系；</p><p>　　(3)在有嚴(yán)格功率控制時(shí)，PIC算法的性能優(yōu)于SIC算法；但當(dāng)沒有功率控制時(shí)，PIC算法的性能不如SIC算法。但是相對(duì)于SIC算法，PIC算法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且當(dāng)某一級(jí)算法對(duì)一個(gè)用戶判決有誤時(shí)，下一級(jí)不但不能消除誤差，反而會(huì)使該用戶對(duì)其它用戶干擾加倍，即出現(xiàn)誤差傳播現(xiàn)象。如果

55、級(jí)數(shù)過多，對(duì)性能改善并不明顯，有可能出現(xiàn)下一級(jí)誤碼率高于上一級(jí)誤碼率現(xiàn)象，這時(shí)并行干擾抵消算法反而帶來(lái)誤碼率的惡化。因此，PIC檢測(cè)算法結(jié)構(gòu)選擇十分重要。一般而言，從系統(tǒng)處理時(shí)延和復(fù)雜度考慮，級(jí)數(shù)應(yīng)限制在三級(jí)以內(nèi)。</p><p>　　4 MATLAB仿真與分析</p><p>　　4.1 傳統(tǒng)檢測(cè)和解相關(guān)檢測(cè)的比較</p><p>　　解相關(guān)法復(fù)雜度隨用戶數(shù)線性增

56、長(zhǎng)，解相關(guān)檢測(cè)法不需估計(jì)各用戶的幅度，具有較好的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力。但解相關(guān)法對(duì)信道噪聲有放大作用。由圖4.1我們可以看到，在相同條件下，解相關(guān)檢測(cè)的誤比特率小于傳統(tǒng)檢測(cè)的誤比特率，其抗干擾性能優(yōu)于傳統(tǒng)檢測(cè)器的抗干擾性能。</p><p>　　圖4.1 傳統(tǒng)檢測(cè)和解相關(guān)檢測(cè)的性能比較</p><p>　　4.2 傳統(tǒng)檢測(cè)和干擾消除接收機(jī)的比較</p><p>　　干擾消

57、除多用戶檢測(cè)技術(shù)包括串行干擾消除和并行干擾消除。這節(jié)主要進(jìn)行串行干擾消除和傳統(tǒng)檢測(cè)性能的比較。串行干擾消除多用戶檢測(cè)器在接收信號(hào)中對(duì)多個(gè)用戶逐個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)判決，判出一個(gè)就從總的接收信號(hào)中減去該信號(hào)，從而消除該用戶信號(hào)造成的多址干擾。操作順序是根據(jù)信號(hào)功率大小決定的，功率較大的信號(hào)先進(jìn)行操作，因此，功率弱的信號(hào)受益最大。如圖4.2，在相同情況下，串行干擾消除檢測(cè)器性能比傳統(tǒng)檢測(cè)器有較大提高，誤比特率明顯小于傳統(tǒng)檢測(cè)的誤比特率。但當(dāng)信號(hào)功率強(qiáng)

58、度發(fā)生變化時(shí)需要重新排序，最不利的情況是若初始數(shù)據(jù)判斷不可靠將對(duì)下級(jí)產(chǎn)生較大影響。</p><p>　　圖4.2 傳統(tǒng)檢測(cè)和串行干擾消除檢測(cè)的比較</p><p>　　4.3 線性干擾消除和非線性干擾消除的性能比較</p><p>　　由圖4.3可知，隨著干擾用戶功率的增加，相同情況下，解相關(guān)檢測(cè)器的性能下降的要比串行干擾消除檢測(cè)器的快，即串行干擾消除檢測(cè)的誤比特率

59、小于解相關(guān)檢測(cè)的誤比特率。</p><p>　　圖4.3 串行干擾消除和解相關(guān)檢測(cè)的性能比較</p><p>　　串行干擾消除(SIC)技術(shù)可以有效抑制多址干擾(MAI),顯著提高CDMA系統(tǒng)容量。在任何條件下,相對(duì)于傳統(tǒng)的單用戶接收機(jī)系統(tǒng),采用線性SIC技術(shù)能顯著提高系統(tǒng)容量。另外,隨著系統(tǒng)中用戶數(shù)目的增多,理想SIC和非線性SIC的接收功率之間的差異越來(lái)越大。因此,對(duì)實(shí)際的多速率SIC

60、系統(tǒng)進(jìn)行功率分配時(shí),不能簡(jiǎn)單地用理想SIC模型來(lái)替代實(shí)際的線性SIC系統(tǒng),以免系統(tǒng)性能嚴(yán)重惡化。</p><p>　　通過仿真比較分析了傳統(tǒng)檢測(cè)器、解相關(guān)檢測(cè)器、串行干擾抵消檢測(cè)器等幾種經(jīng)典多用戶檢測(cè)器的誤碼率，文章中對(duì)這些檢測(cè)器所需的假定知識(shí)和計(jì)算復(fù)雜度進(jìn)行了歸納。從而為分析、選擇不同多用戶檢測(cè)器提供了一些依據(jù),也為進(jìn)一步研究多用戶檢測(cè)算法提供了一定的參考。</p><p><b&

61、gt;　　結(jié)論</b></p><p>　　第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)容量主要受限于用戶間的多址干擾，如何降低或消除這種多址干擾，進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量和性能，一直受到廣泛關(guān)注。多用戶檢測(cè)技術(shù)作為抑制多址干擾的主要手段，20世紀(jì)80年代中期以來(lái)成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。文中詳細(xì)闡述多用戶檢測(cè)技術(shù)原理，分析了串行干擾抵消檢測(cè)算法(Successive Interference Cancellation, SIC)及并行干

62、擾抵消檢測(cè)算法 (Parallel Interference Cancellation, PIC)的原理、性能和優(yōu)缺點(diǎn)，通過以上檢測(cè)算法進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真比較，SIC和PIC的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、易于硬件實(shí)現(xiàn)，可通過進(jìn)一步改進(jìn)改善兩者抗干擾性能。</p><p>　　在背景噪聲不大、多址干擾占主導(dǎo)的情況下，解相關(guān)矩陣檢測(cè)器的優(yōu)勢(shì)比較明顯，而在背景噪聲較大的情況下，解相關(guān)矩陣檢測(cè)器的性能可能低于傳統(tǒng)檢測(cè)器。在相同條件下，最小

63、均方誤差檢測(cè)器的誤比特率均小于傳統(tǒng)檢測(cè)器和解相關(guān)矩陣檢測(cè)器，互相關(guān)系數(shù)越大，性能改善越大。在抗“遠(yuǎn)一近”效應(yīng)方面，由于解相關(guān)矩陣用戶檢測(cè)器是全解相關(guān)，因而不受“遠(yuǎn)一近”效應(yīng)的影響，故它的抗“遠(yuǎn)一近”效應(yīng)最強(qiáng)，而最小均方誤差檢測(cè)器是部分解相關(guān)，它的抗“遠(yuǎn)一近”效應(yīng)性能劣于解相關(guān)矩陣檢測(cè)器，但優(yōu)于傳統(tǒng)檢測(cè)器。并行干擾消除器最大優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性關(guān)系，所以大大降低了運(yùn)算復(fù)雜度，但是第一級(jí)判決誤碼率過高時(shí)，性能不佳。碼分多址通信系

64、統(tǒng)中，由于多用戶檢測(cè)技術(shù)的存在，有效削弱了小區(qū)內(nèi)多址干擾的影響，使得系統(tǒng)容量顯著提高；其次，上行鏈路性能的改進(jìn)允許移動(dòng)臺(tái)使用較小的處理增益工作，這意味著同樣的帶寬可以支持更高的數(shù)據(jù)速率，或?qū)⒍嘤嗟膸捰糜诟纳葡滦墟溌返娜萘?；再次，由于多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的減弱，降低了所有用戶以同樣功率達(dá)到接收端的要求，所以多用戶檢測(cè)器的使用對(duì)移動(dòng)臺(tái)功率控制的精度要求有所降低。如何通過多用戶檢測(cè)技術(shù)提高系統(tǒng)效率以及如何</p><p&g

65、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王華奎，李艷萍.移動(dòng)通信原理與技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2009.1.</p><p>　　[2] 何先剛，溫平川.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，14(4)</p><p>　　[3] 康曉非.基于支持向量機(jī)的多用戶檢測(cè)算法研究[J].西

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