法學(xué)多用戶檢測PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 法學(xué)多用戶檢測法學(xué)多用戶檢測 相互干擾的數(shù)字信息串中可靠 地解調(diào)出某個特定用戶的信號。 多用戶檢測也稱同信道干擾抑 制、多用戶解調(diào)或干擾對消。 多用戶檢測技術(shù)的發(fā)展是通信 技術(shù)中最重要的新進(jìn)展之一。 第1頁/共73頁 他使用不同碼型的信號不能被解 調(diào)，它們的存在類似于在信道中 引入了干擾，這就是多址干擾 （MAI）。 第2頁/共73頁 第3頁/共73頁 第4頁/共73頁 tniTtsibtAtr i K k kkkk 1 )()( k bK T 1 0 1 (8.1) ：第k個用戶的時延， bk(i) ：為用戶k的第i個信息碼元，由取值 、持續(xù) 時間Tb（碼元周期）的方脈沖組成； s

2、k(t) ：第k個用戶的擴(kuò)頻波形，由取值 、持續(xù)時 間Tc（碼片周期）的方脈沖組成； 假設(shè)異步DS/CDMA系統(tǒng)中，共有K個用戶，接收 機(jī)接收到的信號為： Ak(t)：第k個用戶的信號幅度，通常認(rèn)為移動信道 是一個慢衰落信道，在一個比特的周期內(nèi)信號幅度 保持不變，即Ak(t) =Ak(i)。 1 第5頁/共73頁 第6頁/共73頁 y1 1b y2 2b r(t) yK Kb 匹配濾波器組 t=iTb+1 s1(t-1) t=iTb+2 s2(t-2) t=iTb+K sK(t-k) gk(t-k) b T bT 1 判決 判決 判決 b T bT 1 b T bT 1 第7頁/共73頁 第8

3、頁/共73頁 in1-iAb1RiAb0R1iAb1Riy T in1-iAb1RiAb0R1iAb1Riy T H(z)Ab(z) zAbz1R0Rz1R zzAb1RzAb0RzzAb1R 1T 1T 1T z1R0Rz1RH(z) nH(z)Aby 非同步信道 nRAby 同步信道 第9頁/共73頁 3)-(8 )i (MAI(i)i (bA)i (y kkkkk 第10頁/共73頁 第11頁/共73頁 同時，由于CDMA為一干擾受限系統(tǒng)，即干擾的大小 直接影響系統(tǒng)容量，因此有效地克服和抑制多址干擾 就成為CDMA系統(tǒng)中主要和關(guān)鍵的問題。 傳統(tǒng)檢測器主要在以下幾個方面研究以消除多址 干擾

4、： 1擴(kuò)頻碼的設(shè)計要具有優(yōu)良的相關(guān)性； 2應(yīng)用功率控制機(jī)制； 3應(yīng)用前項糾錯編碼； 4自適應(yīng)天線。 但是這些研究并不能很好地解決問題，所以需要 針對CDMA系統(tǒng)的特殊性專門設(shè)計新的檢測器以 改善系統(tǒng)性能，這就是多用戶檢測的出發(fā)點(diǎn)。 第12頁/共73頁 傳統(tǒng)檢測器的評價傳統(tǒng)檢測器的評價 優(yōu)點(diǎn)： 是一個匹配濾波器檢測器，簡單、容易實(shí)現(xiàn) 單用戶檢測策略，各用戶分開處理，不考慮其 他用戶的影響 缺點(diǎn)： 存在遠(yuǎn)近效應(yīng)（near-far problem) 表現(xiàn)出多用戶性能受限的性能底限 不是最優(yōu)的 第13頁/共73頁 從信號處理的角度，多用戶檢測可以定義為：綜合利用 包括干擾用戶在內(nèi)的各種信息及信號處理手

5、段，抑制甚至消 除多址干擾，從而達(dá)到更準(zhǔn)確檢測目標(biāo)用戶信號的目的。然 而，多用戶檢測技術(shù)決不僅僅是一個信號處理的問題，它更 多的應(yīng)該屬于信息論的范疇。 從信息論的角度，多址干擾與背景噪聲相比，有一定的 可預(yù)測性。背景噪聲是隨機(jī)的，不可預(yù)測；而多址干擾仍然 攜帶著用戶擴(kuò)頻碼的相關(guān)信息，可以一定程度的預(yù)知。假如 將這部分信息作為噪聲處理或丟掉，勢必會影響整個系統(tǒng)的 性能。正是借助于這種可預(yù)測性，抑制甚至消除多址干擾才 成為可能。 第14頁/共73頁 MUD的基本問題 從接收信號 中估計出 消除MAI的影響 MUD技術(shù)的發(fā)展歷史 1979年，KSSchneider首先提出 1983年，RKohno

6、提出對多用戶干擾抵消 器的研究 1986年，SVerdu的3篇經(jīng)典文章，掀起了 MUD研究的熱潮 : )(ttr )t (b k 第15頁/共73頁 MAI干擾，因此產(chǎn)生的噪聲量將 與干擾信號的接收功率無關(guān)，從 而大大減少“遠(yuǎn)近效應(yīng)”對信號 接收的影響。 第16頁/共73頁 的信號向某一函數(shù)軸上作投影而 不考慮其他用戶的信號矢量如何， 當(dāng)這些函數(shù)并非互相正交時，會 將其他用戶的信號矢量也投影過 去，即產(chǎn)生了多址干擾多址干擾。 第17頁/共73頁 )(tn )(tr tsbA 111 1 tsbA 222 1 tsbA 333 1 第18頁/共73頁 第19頁/共73頁 第20頁/共73頁 來自

7、其它小區(qū)的 MAI依然存在 在下行信道執(zhí)行多用戶檢測有 難度 第21頁/共73頁 )0: )(|(ttrdp )t ( r |d( p argmaxb K 1 , 1b 最優(yōu)檢測器實(shí)際上是最大似然序列檢測器(MLSE)。對 于同步系統(tǒng)而言，就是要找出是似然函數(shù)最大的可能 輸出序列，要從2K種用戶信息中找出一種最佳組合。 對異步系統(tǒng)，可用一組匹配濾波器加Viterbi算法實(shí)現(xiàn)。 第22頁/共73頁 第23頁/共73頁 第24頁/共73頁 第25頁/共73頁 第26頁/共73頁 最最 優(yōu)優(yōu) 檢檢 測測 器器 線 性 檢 測線 性 檢 測 器器 自適應(yīng)型自適應(yīng)型 解相關(guān)多用戶檢測器解相關(guān)多用戶檢測器

8、 最小輸出能量檢測器最小輸出能量檢測器 非盲檢測器非盲檢測器 單用戶單用戶MMSEMMSE檢測器檢測器 多用戶多用戶MMSEMMSE檢測器檢測器 單用戶單用戶MMSEMMSE檢測器檢測器 盲檢測器盲檢測器 統(tǒng)計算法檢測器統(tǒng)計算法檢測器 子空間型自適應(yīng)檢測器子空間型自適應(yīng)檢測器 卡爾曼濾波檢測器卡爾曼濾波檢測器 非自適應(yīng)型非自適應(yīng)型部分解相關(guān)檢測器部分解相關(guān)檢測器 MMSEMMSE多用戶檢測器檢測器多用戶檢測器檢測器 準(zhǔn)準(zhǔn) 最最 優(yōu)優(yōu) 檢檢 測測 器器 非線性檢測器非線性檢測器 干擾對消型檢測器干擾對消型檢測器 分組檢測分組檢測 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測器基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測器 并行干擾對消

9、并行干擾對消(PIC)(PIC) 連續(xù)干擾對消連續(xù)干擾對消(SIC)(SIC) 混合干擾對消混合干擾對消 基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的多用戶檢測器基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論的多用戶檢測器 多多 用用 戶戶 檢檢 測測 器器 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢測器基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢測器 第27頁/共73頁 1 誤碼率誤碼率 在多用戶檢測中， 我們最關(guān)心的性能指標(biāo)是檢測器在高信噪 比情況下的誤碼率（BER：Bit Error Rate） 。 AWGN 信道中具有能量 k E的單個用戶誤碼率定義為： 2 k k,single E QP 其中， 2 為噪聲方差， x u duexQ 2/ 2 2 1 ，為 Q 函數(shù)。 多用戶系統(tǒng)中，由于多址

10、干擾的存在，誤碼率會增大。此時 用戶 k 的誤碼率定義為： 2 k k e QP 其中 k e 定義為用戶k為達(dá)到在同一高斯白噪聲信道中無干擾用 戶時的相同的誤碼率所需要的能量，故稱為用戶 k 的有效能量。 第28頁/共73頁 第29頁/共73頁 第30頁/共73頁 第31頁/共73頁 4 均均衡衡能能量量 漸進(jìn)有效性和抗遠(yuǎn)近能力主要衡量的是多用戶檢測對于 目標(biāo)用戶性能的影響。在此基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)中所有用戶的 性能，Varanasi 提出了均衡能量（Equalizing Energy）的概念。 所謂均衡能量，就是采用多用戶檢測時，為達(dá)到單用戶 系統(tǒng)的誤碼性能，系統(tǒng)中各用戶所需的最小能量。均衡能

11、量 與漸進(jìn)有效性的差別在于：漸進(jìn)有效性的出發(fā)點(diǎn)僅僅是多用 戶檢測對目標(biāo)用戶性能的提高程度；而均衡能量則體現(xiàn)了多 用戶檢測對系統(tǒng)整體性能的提高程度。 第32頁/共73頁 線性檢測器是對前面討論的傳統(tǒng)檢測器的軟輸 出做線性變換以消除多址干擾。 基本思想：在判決之前對相關(guān)器的輸出矩陣 進(jìn)行線性變換(變換矩陣為T)，然后再對輸 出序列進(jìn)行判決，該類檢測器的復(fù)雜度與用 戶數(shù)成線性關(guān)系。 常見兩種最常見的線性檢測器：解相關(guān)檢測 器（Decorrelating Detector）和最小均方誤差 檢測器 (MMSE Detector）。 第33頁/共73頁 )z(sgn(Ty)sgnb k 給出。 第34頁/

12、共73頁 nK個匹配濾波器組輸出的向量形 式可以寫作 第35頁/共73頁 nRAby 式中n為高斯隨機(jī)向量，其均值為0、協(xié)方差矩陣為 2R。 假定互相關(guān)短陣R可逆(這等價于假定各用戶的特征波 形線性獨(dú)立)，則在無噪聲(即=0)的情況下，有 檢測器由 直接構(gòu)成。 可見，若各用戶的持征波形線性獨(dú)立，則檢測器可以 對每一個用戶實(shí)現(xiàn)完全的解調(diào)。 AbRAbRyR -1-1 k -1 k y)(Rsgnb kkk b(Ab)sgnb 第36頁/共73頁 nRAbyR -1-1 k -1 k y)(Rsgnb 第37頁/共73頁 yRb -1 yRb 第38頁/共73頁 1 1-T1- z1R0Rz1R)

13、z(H 1-T z1R0Rz1R)z(H 第39頁/共73頁 是一個序列檢測器，檢測過程是 當(dāng)接收機(jī)接受到所發(fā)送的序列時 才啟動，這會導(dǎo)致很長的延遲， 實(shí)際上是不可行的。 第40頁/共73頁 第41頁/共73頁 nMMSE線性多用戶檢測器的設(shè)計 目標(biāo)就是使第k個用發(fā)送信號bk 與其估計值之間的誤差的均方值 達(dá)到最小。即選擇長度為T的波 形c1滿足 nRAby y)sgn(mb T kk 第42頁/共73頁 n 得 2 Myb E)M(J 2 kk c 1 y,c-b E minarg c k y,csgnb k TTTTTT T MyyMEybMEMbyEbbE My)My)(b(bEMy)c

14、ov(b 第43頁/共73頁 RRRAnnEARRAbbEyyE 22TTT ARARbbEbyE TT IbbE T RARAbbEybE TT IbE 2 k MRA-ARM-R)MRM(RAIMy)cov(b TT22 )Myb(covtrmin)M(minJ T 2 xxtrminx min 令 0)Myb(covtr dM d ARR)R(RAM 22 MMSE 第44頁/共73頁 AI)(RAM 22 MMSE ARARAG 2 -12 MMSE I)A(GM k 1 2 k 1 2 k k MMSEk yIGsgn yIGAsgn y)(Msgnb k 1 22 k 1 22 k

15、 k MMSEk yARsgn yAR A 1 sgn y)(Msgnb -1-22 MMSE A)A(RM 便于自適應(yīng)實(shí)現(xiàn) 便于與解相關(guān)檢測 器進(jìn)行比較 -1 0 -1-22 R AR 第45頁/共73頁 器，最小均方誤差檢測器抗遠(yuǎn)近 效應(yīng)的能力要差一些。 第46頁/共73頁 第47頁/共73頁 )sgn(zb kk rcytz H k H kk 第48頁/共73頁 檢測器線性變換矩陣選擇 普通DSCDMA 接收機(jī) T=I 解相關(guān)T=R-1 MMSET=(R+2A-2)-1 最佳線性使?jié)u近有效性最大 第49頁/共73頁 第50頁/共73頁 第51頁/共73頁 用戶一 的匹配 濾波器 判決 幅

16、度估計 延遲 r( t) )( 1b TtA )( 1b Ttg 1 s )( )1 ( tr )( b Ttr )(1 b Tts 圖二 串行干擾消除檢測的第一級 第52頁/共73頁 )(1ts )(1ts )( )1( tr 第53頁/共73頁 )( 1 trk )t (sk 第54頁/共73頁 每次抵消都引入一定的處理時延，用戶較多時 難以容忍。所以在SIC方案中，每個分組用戶 不能太多，一般取4個用戶。 若接收信號的功率變化，要對它們重新排序； 如果初始數(shù)據(jù)判決不可靠，則整個SIC性能大 為降低。 SIC檢測器的性能比傳統(tǒng)檢測器有較大的提高 硬件上易于實(shí)現(xiàn) 優(yōu)點(diǎn) ： 缺點(diǎn) ： 第55頁

17、/共73頁 應(yīng)MMSE檢測器。其中，自適應(yīng) MMSE檢測器又可劃分為單用戶 型和多用戶型兩種。 第56頁/共73頁 一、自適應(yīng)MMSE檢測器 第k個用戶的線性檢測器輸出的一般形式，有 若將ck視為濾波器系數(shù)向量，則一般的CDMA接收機(jī) 令ck等于擴(kuò)頒碼；解相關(guān)檢測器選擇ck對消多址干擾 (從而獲得最佳抗遠(yuǎn)近能力)，而MMSE狀測器則選擇 ck使總的均方誤差為最少。 既然ck是濾波器系數(shù)向量，那么它就應(yīng)該可以利用自 適應(yīng)濾波算法進(jìn)行更新，得到自適應(yīng)檢測器。 )rc(sgnb H kk 第57頁/共73頁 2 H kkk rcbE)c(J T r(N)r(0),r 1 k Rc kkk k 2 K

18、 1k k 2H kkk H sArbE IQIssArrER ssAQ K 1k H kkk 第58頁/共73頁 kk 1 K 2 k sA)IQ(c 2 kk )n(e)n(c)1n(c k 2 2 c )n(eE )n(e )n( r )n(c)n(d)n(e H kkk )n(bk )n(e )n( r)n(e )n(Er)n(e kk 2 第59頁/共73頁 )n(e )n( r )n(c)1n(c kkk TTT Sgn() 訓(xùn)練序列 自適應(yīng)系數(shù)更新 + - k b M,k c 2,k c 1 ,k c )(tr k z 單用戶自適應(yīng)MMSE檢測器(第k個用戶) )n(ek 第60頁/共73頁 n缺點(diǎn)：需要訓(xùn)練序列，對時變 信道要不斷發(fā)送訓(xùn)練序列 第61頁/共73頁 )(tr Sgn() 訓(xùn)練序列 自適應(yīng)系數(shù)更新 + - k b k,k c 2,k c 1,k c k z b T dt 0 )t (s1 b T dt 0 )t (s1 b T dt 0 )t (s1 第62頁/共73頁 第63頁/共73頁 K 1k kkk w(m)(m)sbA)m(