寬帶移動(dòng)通信中多用戶檢測(cè)的研究畢業(yè)論文

1、 PAGE65 / NUMPAGES80本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）寬帶移動(dòng)通信中多用戶檢測(cè)的研究郝義朋燕 山 大 學(xué)2014年 6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）移動(dòng)通信中多用戶檢測(cè)算法的研究學(xué) 院：里仁學(xué)院專業(yè)：通信工程學(xué)生：郝義朋學(xué) 號(hào)：4指導(dǎo)教師：凱答辯日期：2015年6月燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院： 系級(jí)教學(xué)單位： 學(xué)號(hào)4學(xué)生郝義朋專 業(yè)班 級(jí)通信工程11-2題目題目名稱寬帶移動(dòng)通信中多用戶檢測(cè)算法的研究題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.文管理類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（

2、 ） 2.論文（ ）題目來源科研課題（ ）生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ）主要容隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增加，抑制通信用戶間的各種干擾成為當(dāng)下通信過程中的一個(gè)難題。多用戶檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)給予眾多研究人員一縷曙光，多用戶檢測(cè)技術(shù)不僅可以抑制多址干擾、增加系統(tǒng)通信容量，而且在抗遠(yuǎn)近效應(yīng)方面也有和好的效果。本文主要研究了傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)、解相關(guān)檢測(cè)和MMSE檢測(cè)的算法，通過仿真證明了方法的有效性?；疽? 通過學(xué)習(xí)相應(yīng)書籍和查閱資料，了解課題介紹的目的和意義，對(duì)課題目前的發(fā)展和較為常見的算法有所了解和掌握。2 通過對(duì)給定圖片的介紹，能夠?qū)⒄n題介紹的算法應(yīng)用其中，達(dá)到課題介紹的目的。參考資料1 數(shù)字圖像處理與

3、MATLAB實(shí)現(xiàn) 余成波編著，大學(xué) 20032 應(yīng)用MATLAB處理數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖像 桂明等編著，科學(xué) 20002 移動(dòng)通信 建東 郭梯云 鄔國(guó)揚(yáng)等編著，電子科技大學(xué)船板社 20112擴(kuò)展頻譜通信與其多址技術(shù) 曾興雯 乃安 獻(xiàn)璞等編著，電子科技大學(xué)船板社 2011周次第1 3 周第 4 7 周第 8 11周第12 14 周第15 17周應(yīng)完成的容收集資料，熟悉課題容，查找參考書，確定設(shè)計(jì)思路所需程序語(yǔ)言的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)中原理和使用的算法的理解編寫處理程序，并上機(jī)進(jìn)行軟件程序調(diào)試、修改和優(yōu)化，最后進(jìn)行仿真對(duì)仿真結(jié)果整理與總結(jié)論文的書寫和課題總結(jié)，準(zhǔn)備答辯指導(dǎo)教師：凱職稱： 年 月 日系級(jí)教學(xué)單位審

4、批： 年 月 日）摘要寬帶移動(dòng)通信中碼分多址（CDMA）技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中主要應(yīng)用的多址技術(shù)，但他是一個(gè)干擾受到限制的系統(tǒng)，該系統(tǒng)中存在遠(yuǎn)近效應(yīng)和多址干擾，這兩個(gè)因素限制了CDMA系統(tǒng)的容量。為了打破這一困境，多用戶檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，多用戶檢測(cè)技術(shù)是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中一種重要的有效抗干擾的技術(shù)，它解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，減少了多址干擾，提高了通信系統(tǒng)容量。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，多用戶檢測(cè)算法的性能要優(yōu)良、運(yùn)算復(fù)雜度要低。但是，現(xiàn)在應(yīng)用的多用戶檢測(cè)技術(shù)還不能在二者間取得令我們滿意的平衡，因此，我們要對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行更加深入的研究。本文首先分析了幾種典型的多用戶檢測(cè)算法和它們的特點(diǎn)，推出了CDM

5、A系統(tǒng)容量計(jì)算公式，分析了多用戶檢測(cè)算法對(duì)通信系統(tǒng)容量的影響；其次，對(duì)多用戶檢測(cè)算法中解相關(guān)檢測(cè)算法、MMSE算法、傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法進(jìn)行了研究，并且對(duì)三個(gè)算法進(jìn)行了系統(tǒng)仿真；最后，根據(jù)仿真圖形得出了三者的優(yōu)缺點(diǎn)：低信噪比下，解相關(guān)檢測(cè)算法的性能最差；大信噪比下，傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算的性能最差。關(guān)鍵詞:系統(tǒng)容量 多用戶檢測(cè) 解相關(guān)檢測(cè) MMSE檢測(cè) CDMAAbstractWideband Code Division Multiple Access mobile communication (CDMA) technology is the third generation mobile commu

6、nication system multiple access technology is mainly used, but he is a jamming system restricted, MAI proximity effect and the existence of the system, both factors limit the capacity of the CDMA system. In order to break this dilemma, multi-user detection technology emerges, multi-user detection te

7、chnology is the fourth generation mobile communication system is an important and effective anti-jamming technology, which solves the problem of distance effect, reducing MAI improve the communication system capacity. In real-world applications, the performance of multi-user detection algorithm to b

8、e excellent, lower computational complexity. However, the multi-user detection technology is now applied not get to our satisfaction balance between the two, so we want to multi-user detection techniques further researchThis paper analyzes several typical multi-user detection algorithms and their ch

9、aracteristics, the introduction of the CDMA system capacity is calculated, the influence of multi-user detection algorithm for communication system capacity; secondly, for multi-user detection algorithm decorrelating detection algorithm , MMSE algorithm, the traditional multi-user detection algorith

10、m is studied, and the three systems simulation algorithm; Finally, according to the simulation results of the advantages and disadvantages of the three graphics: low SNR performance detection algorithm Decorrelating most poor; large signal to noise ratio, the traditional multi-user detection algorit

11、hm performance is the worstKeywords ：System CapacityMulti-user detectionDecorrelating detectorThe minimum mean square error detection CDMA 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421803994摘要 PAGEREF _Toc421803994 h IHYPERLINK l _Toc421803995Abstract PAGEREF _Toc421803995 h IIHYPERLINK l _Toc421803996第1章

12、緒論 PAGEREF _Toc421803996 h 1HYPERLINK l _Toc4218039971.1 課題背景 PAGEREF _Toc421803997 h 1HYPERLINK l _Toc4218039981.2國(guó)外發(fā)展與現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc421803998 h 1HYPERLINK l _Toc4218039991.3課題研究的目的與意義 PAGEREF _Toc421803999 h 2HYPERLINK l _Toc4218040001.4 課題研究的主要容 PAGEREF _Toc421804000 h 3HYPERLINK l _Toc421804001

13、1.5 課題研究的步驟和方法 PAGEREF _Toc421804001 h 4HYPERLINK l _Toc4218040021.5 本文主要容與章節(jié)安排 PAGEREF _Toc421804002 h 4HYPERLINK l _Toc421804003第2章多用戶檢測(cè)的概述 PAGEREF _Toc421804003 h 5HYPERLINK l _Toc4218040042.1 CDMA信號(hào)模型 PAGEREF _Toc421804004 h 5HYPERLINK l _Toc4218040052.2多用戶檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn) PAGEREF _Toc421804005 h 6HYPERL

14、INK l _Toc4218040062.2.1抗多址干擾的措施 PAGEREF _Toc421804006 h 6HYPERLINK l _Toc4218040072.2.2多用戶檢測(cè)的基本思路與用途 PAGEREF _Toc421804007 h 7HYPERLINK l _Toc4218040082.3 多用戶檢測(cè)的定義和分類 PAGEREF _Toc421804008 h 8HYPERLINK l _Toc4218040092.4 多用戶檢測(cè)的性能參數(shù) PAGEREF _Toc421804009 h 10HYPERLINK l _Toc4218040102.5傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)原理與仿真

15、PAGEREF _Toc421804010 h 14HYPERLINK l _Toc4218040112.5.1傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器的原理 PAGEREF _Toc421804011 h 14HYPERLINK l _Toc4218040122.5.2傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)的仿真分析 PAGEREF _Toc421804012 h 16HYPERLINK l _Toc4218040132.6最優(yōu)多用戶檢測(cè)器 PAGEREF _Toc421804013 h 17HYPERLINK l _Toc4218040142.7非線性多用戶檢測(cè) PAGEREF _Toc421804014 h 18HYPERLINK l

16、 _Toc4218040152.7.1串行干擾消除檢測(cè)器 PAGEREF _Toc421804015 h 18HYPERLINK l _Toc4218040162.7.2并行干擾消除檢測(cè)器 PAGEREF _Toc421804016 h 19HYPERLINK l _Toc4218040172.8線性多用戶檢測(cè)技術(shù) PAGEREF _Toc421804017 h 20HYPERLINK l _Toc4218040182.9本章小結(jié) PAGEREF _Toc421804018 h 21HYPERLINK l _Toc421804019第3章多用戶檢測(cè)算法的仿真分析 PAGEREF _Toc421

17、804019 h 22HYPERLINK l _Toc4218040203.1解相關(guān)檢測(cè)的原理與仿真 PAGEREF _Toc421804020 h 22HYPERLINK l _Toc4218040213.1.1解相關(guān)檢測(cè)器 PAGEREF _Toc421804021 h 22HYPERLINK l _Toc4218040223.1.2解相關(guān)檢測(cè)算法的仿真 PAGEREF _Toc421804022 h 23HYPERLINK l _Toc4218040233.2最小均方誤差檢測(cè)的原理與仿真 PAGEREF _Toc421804023 h 24HYPERLINK l _Toc42180402

18、43.2.1最小均方誤差檢測(cè)器的原理 PAGEREF _Toc421804024 h 24HYPERLINK l _Toc4218040253.2.2最小均方誤差檢測(cè)的仿真 PAGEREF _Toc421804025 h 26HYPERLINK l _Toc4218040263.3 兩種多用戶檢測(cè)的仿真對(duì)比 PAGEREF _Toc421804026 h 27HYPERLINK l _Toc4218040273.4三種多用戶檢測(cè)的仿真分析 PAGEREF _Toc421804027 h 28HYPERLINK l _Toc4218040283.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc4218040

19、28 h 30HYPERLINK l _Toc421804029結(jié)論 PAGEREF _Toc421804029 h 31HYPERLINK l _Toc421804030參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc421804030 h 32HYPERLINK l _Toc421804031致 PAGEREF _Toc421804031 h 34HYPERLINK l _Toc421804032附錄1 PAGEREF _Toc421804032 h 35HYPERLINK l _Toc421804033附錄2 PAGEREF _Toc421804033 h 40HYPERLINK l _Toc4218

20、04034附錄3 PAGEREF _Toc421804034 h 44HYPERLINK l _Toc421804035附錄4 PAGEREF _Toc421804035 h 49第1章 緒論1.1 課題背景移動(dòng)通信這一概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代，第二次世界大戰(zhàn)中無線電臺(tái)的廣泛應(yīng)用使移動(dòng)通信邁出了第一步。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在70年代提出了蜂窩的概念1,2，解決了頻率復(fù)用問題。隨著通信用戶數(shù)量的增加，80年代，為滿足用戶需要，美國(guó)提出了小區(qū)制模式的第一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)。隨后歐洲各個(gè)國(guó)家和日本都開發(fā)了自己的移動(dòng)通信系統(tǒng)。1980年后，移動(dòng)通信技術(shù)趨于成熟，相應(yīng)各種通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)90年

21、代中期，世界各國(guó)家開始了對(duì)第三代移動(dòng)通信的研發(fā)，根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的方案主要有：WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA三種方案。其中TD-SCAMA標(biāo)準(zhǔn)由我國(guó)提出?？傮w上看，各國(guó)雖然采用的通信方案不甚一樣，但在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，各國(guó)都采用了碼分多址(CDMA)技術(shù)。CDMA的優(yōu)點(diǎn)：第一，設(shè)計(jì)容量比模擬/數(shù)字系統(tǒng)大的多，在一定程度上滿足了用戶群體的需要；第二，有一套精準(zhǔn)的功率控制措施，可調(diào)節(jié)手機(jī)發(fā)射功率，降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命；第三，CDMA 采用了軟切換降低了掉話概率，提高了通信的可靠性，同時(shí)增加了通信容量，大大改善了業(yè)務(wù)量。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，用戶的隨機(jī)接入和擴(kuò)頻碼

22、集不能真正的實(shí)現(xiàn)正交，引發(fā)了多址干擾問題，同時(shí)，遠(yuǎn)近效應(yīng)也嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的性能3。為了解決這一問題，多用戶檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。多用戶檢測(cè)方法利用多址干擾的結(jié)構(gòu)特征，在多址干擾的環(huán)境下，將多址信號(hào)看成有用成分考慮進(jìn)來，聯(lián)合多個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼、定時(shí)、延遲、幅度等先驗(yàn)信息一次性檢測(cè)出所有用戶信號(hào)，很好的解決了這一問題。1.2國(guó)外發(fā)展與現(xiàn)狀多用戶檢測(cè)的這一思想是在1979年由白Schenider提出，而且還研究了迫零法；R.Kohno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(cè)器和最大序列檢測(cè)器并對(duì)其進(jìn)行了分析，1986年通過對(duì)最優(yōu)多用戶檢測(cè)算法

23、的研究，在理論上證明了采用最大似然序列檢測(cè)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(cè)概念于1995年被Miehaex和Sergio Vverdu S提出，使得多用戶檢測(cè)技術(shù)向?qū)嵱梅较蛴滞七M(jìn)了一步，同時(shí)自適應(yīng)濾波原理也廣泛應(yīng)用其中。此外，他們還提出了基于最小均方誤差的盲多用戶檢測(cè)算法LMS-CMOE；1997年，Poor等人在CMOE準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出了一種基于遞歸最小二乘的盲多用戶檢測(cè)算法RLS-CMOE，通過QR分解得到了實(shí)用的QR-RLS-CMOE算法；X.Wang于1998年提出了基于子空間跟蹤的盲多用戶檢測(cè)算法PASTd4。之后，

24、Xiaofei Zhang和Dazhuan Xu在SIMO-CDMA系統(tǒng)中提出了基于PARAFAC算法的多用戶檢測(cè)算法5；Yonwoo Yoon等于2005年提出了一種最大似然檢檢測(cè)算法6。國(guó)學(xué)者對(duì)盲多用戶檢測(cè)問題也做了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，提出了一些抑制多址干擾的算法，比如：基于高階累積量的盲自適應(yīng)檢測(cè)算法7,8，基于Kalman濾波的盲多用戶檢測(cè)算法9，判決反饋?zhàn)冮L(zhǎng)盲自適應(yīng)檢測(cè)算法10，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多用戶檢測(cè)算法11,12，基于子空間的約束最小二乘檢測(cè)算法13等等。1.3課題研究的目的與意義多用戶檢測(cè)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，使覆蓋圍更廣。多用戶檢測(cè)通過消除小區(qū)

25、的干擾來提高帶寬效率，增加系統(tǒng)容量。遠(yuǎn)近效應(yīng)的主要因素是功率的控制，多用戶檢測(cè)算法可以降低甚至消除多址干擾，從而在一定程度上緩解了遠(yuǎn)近效應(yīng)這一問題。因此多用戶檢測(cè)技術(shù)減少了功率控制的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，多用戶檢測(cè)技術(shù)降低了對(duì)移動(dòng)臺(tái)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。針對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，隨著3G的發(fā)展，4G的逐步應(yīng)用，對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行更深入的研究至關(guān)重要。從國(guó)外對(duì)多用戶檢測(cè)算法的研究現(xiàn)狀來看，當(dāng)前對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)的研究主要集中在算法的復(fù)雜度和誤碼率的大小上，對(duì)于誤碼率的研究上取得成就是可觀的，但隨著移動(dòng)通信用戶的聚增，算法的復(fù)雜性仍然是一個(gè)

26、困擾人們的問題。因此，對(duì)多用戶檢測(cè)算法的深入研究是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。1.4 課題研究的主要容 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、最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)算法。傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)：將接收到的連續(xù)時(shí)間波形先通過匹配濾波器組，然后對(duì)其進(jìn)行直接判決輸出。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)來看，它采用的還是單用戶檢測(cè)思想。對(duì)于單用戶檢測(cè)方法來說，只有擴(kuò)頻序列集完全正交的時(shí)候才能消除其他用戶的干擾，但在實(shí)際的通信應(yīng)用中，這樣的情況很難存在。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。解相關(guān)檢

27、測(cè)算法：解相關(guān)檢測(cè)算法是在傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法的判決輸出前添加一個(gè)R-1矩陣，在匹配濾波器組輸出的信息與R-1矩陣相乘14,15，就可以消除多址干擾。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)。但解相關(guān)檢測(cè)算法需要對(duì)矩陣進(jìn)行逆運(yùn)算，如果通信用戶數(shù)量較大，算法的運(yùn)算復(fù)雜度就會(huì)很大，造成工程的實(shí)現(xiàn)很困難。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?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)。在文中，對(duì)于它的性能通過仿真做了分析。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

28、出信號(hào)之間均方誤差最小，從而提高通信質(zhì)量。MMSE檢測(cè)方法實(shí)際上是結(jié)合了傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法和解相關(guān)檢測(cè)算法的特性。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)。同時(shí)，MMSE檢測(cè)方法要考慮接收用戶的能量，也就是說它的性能與通信用戶的信號(hào)功率有關(guān)系16，即抗遠(yuǎn)近效應(yīng)要稍優(yōu)良。1.5 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)方法主要用來比較，當(dāng)有噪聲時(shí)最小均方誤差檢測(cè)算法兼顧到了

29、對(duì)噪聲的抑制，沒有背景噪聲時(shí)，解相關(guān)檢測(cè)可以完全消除多址干擾。首先對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法的原理進(jìn)行研究分析，然后根據(jù)原理圖畫出流程圖進(jìn)行程序的編寫，最后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。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，然后通過仿真得出它們各自的性能優(yōu)劣。具體步驟：查閱資料，了解多用戶檢測(cè)算法出現(xiàn)的背景與目的意義，然后對(duì)其原理進(jìn)行研究分析。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。畫出程序設(shè)計(jì)流程圖，完成各模塊的程序編寫，并進(jìn)行調(diào)試。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。1.5 本文主要容與章節(jié)安排第一章 簡(jiǎn)述了

30、移動(dòng)通信的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)，介紹了多用戶檢測(cè)技術(shù)的提出背景、國(guó)外研究現(xiàn)狀，研究多用戶檢測(cè)算法的目的意義。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。第二章 介紹了抗干擾的措施、多用戶檢測(cè)的基本思路與用途，簡(jiǎn)述了多用戶檢測(cè)算法的定義、分類、特點(diǎn)以與性能參數(shù)，最后介紹了多用戶檢測(cè)技術(shù)的原理，主要是傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)、解相關(guān)檢測(cè)和MMSE檢測(cè)。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。 第2章 多用戶檢測(cè)的概述2.1 CDMA信號(hào)模型一般典型多用戶的系統(tǒng)模型為圖2-1所示：圖2-1 典型多用戶系統(tǒng)模型K個(gè)同步CDMA系

31、統(tǒng)，在加性高斯白噪聲信道條件下，接收端基帶信號(hào)可用下面公式表示： (2-1) Ak是第k個(gè)通信用戶的信號(hào)幅度，Tb是信息符號(hào)的間隔，n(t)單位功率譜密度的高斯白噪聲，為噪聲的均方誤差，bk(i)-1,1是k個(gè)用戶中某一用戶發(fā)送的信息序列。將k個(gè)用戶的特征波形進(jìn)行歸一化Sk(t): , 1tTbN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。2.2多用戶檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)2.2.1抗多址干擾的措施多址干擾，指同一CDMA系統(tǒng)中多個(gè)用戶的信號(hào)在時(shí)域和頻域上是混合疊加的。CDMA系統(tǒng)是對(duì)每個(gè)用戶分配不同的地址碼，以此來區(qū)分他們，但多個(gè)用戶的信號(hào)在

32、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。CDMA系統(tǒng)的一個(gè)缺陷就是多址干擾，它源于系統(tǒng)中期望用戶的擴(kuò)頻碼序列與系統(tǒng)中其他用戶擴(kuò)頻碼序列互相關(guān)系數(shù)補(bǔ)位零。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。當(dāng)通信系統(tǒng)信用戶數(shù)量較多，且同時(shí)通信時(shí)，多址干擾會(huì)成為系統(tǒng)的最主要干擾方式。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。因此，克服多址干擾是通信系統(tǒng)的一項(xiàng)重要任務(wù)，在CDMA系統(tǒng)中克服多址干擾的措施：功率控制技術(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

33、外，器件的非線性也會(huì)引發(fā)“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)問題，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。顯然功率控制只是減少了多址干擾的影響，而沒有從根本上消除?？臻g濾波技術(shù)。空間濾波技術(shù)的思路是將存在多址干擾的小區(qū)按區(qū)間區(qū)域把大區(qū)分割成多個(gè)小區(qū)，這樣多址干擾就可以分散到若干個(gè)小區(qū)的局部小區(qū)，使得每個(gè)子小區(qū)減少多址干擾的影響。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)波束來隔離用戶間信號(hào)的干擾。設(shè)計(jì)合理碼型，碼型的設(shè)計(jì)是克服多址干擾的優(yōu)良途徑。在CDMA系統(tǒng)中，我們可以

34、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。但在實(shí)際通信系統(tǒng)中，這種理想狀態(tài)是很難實(shí)現(xiàn)的，擴(kuò)頻序列間能夠完全正交的可能性很小。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。所以，只要互相關(guān)越小，多址干擾的影響就會(huì)越小。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。多用戶檢測(cè)技術(shù)。多用戶檢測(cè)是引用信息論并且經(jīng)過嚴(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)信息來進(jìn)行處理，以期能夠正確的檢測(cè)出期望用戶的信息。利用多用戶檢測(cè)技術(shù)，不僅可以

35、抗多址干擾和抗“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)，還可以解決多徑干擾這一問題。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。2.2.2多用戶檢測(cè)的基本思路與用途多用戶檢測(cè)技術(shù)利用多址干擾的結(jié)構(gòu)特征，在多址干擾的環(huán)境下，將多址信號(hào)看成有用成分考慮進(jìn)來，聯(lián)合多個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼、定時(shí)、延遲、幅度等先驗(yàn)信息一次性檢測(cè)出所有用戶信號(hào)。它是一種新型抗多址干擾技術(shù)，基本思路為：從信息論上來說，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。最大化的利用擴(kuò)頻序列的結(jié)構(gòu)信息。一般情況下，將CDM

36、A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。研究表明，多徑干擾和多址干擾并不是毫無用處的白噪聲，它們是有著強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列，并且通信用戶與傳輸路徑之間的相關(guān)函數(shù)都是已知的，因此通過理論研究可知，我們可以充分利用這些偽隨機(jī)序列的統(tǒng)計(jì)信息和已知結(jié)構(gòu)信息，來減小甚至消除它的負(fù)面影響，以此提高通信系統(tǒng)的性能。最優(yōu)聯(lián)合檢測(cè)方法也是可行的。根據(jù)信息論中最佳信號(hào)檢測(cè)理論，充分利用擴(kuò)頻序列的已知結(jié)構(gòu)特征和統(tǒng)計(jì)信息，通過匹配濾波器組來進(jìn)行多用戶檢測(cè)，消除其他通信用戶對(duì)期望用戶的干擾，在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。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

37、信覆蓋圍，消除小區(qū)用戶間的干擾。多用戶檢測(cè)技術(shù)的性能是由跟蹤信息碼的差錯(cuò)、捕捉到的能量和相位的影響決定的。因?yàn)樾^(qū)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)降低了對(duì)功率的要求，它在一定程度上緩解了“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)問題。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）。對(duì)IS-95的研究表明，IS-95有天線分集的不相干上行鏈路，一般情況下，它比有正交碼相干的下行鏈路（從基站到移動(dòng)臺(tái)的物理通道）的性能要差，也就是說這一通信系統(tǒng)的容量受到了上行鏈路的限制，第三代碼分多址通信系統(tǒng)在上行鏈路上采用相干檢測(cè)，再考慮到天

38、線分集，下行鏈路比上行鏈路的性能要差。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。在不同的環(huán)境中，多用戶檢測(cè)的有效性能是不一樣的，還有其他因素限制，因此改進(jìn)的效果并不固定，需要根據(jù)實(shí)際情況來決定。2.3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)不僅僅在3G上廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)在的4G上也至關(guān)重要，它畢竟能夠有效地消除小區(qū)用戶間的干擾，提高了移動(dòng)通信的效率。多用戶檢測(cè)器一般分為次(準(zhǔn)

39、)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。對(duì)于次(最)優(yōu)多用戶檢測(cè)器的分類，我們僅從非線性和線性兩方面來考慮。具體如下圖所示：圖2-1圖2-1 a)圖2-1 b)2.4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)出來的就是它的幾個(gè)性能參數(shù)。 1、誤碼率，通信系統(tǒng)中傳輸錯(cuò)誤碼的個(gè)數(shù)與傳輸總碼數(shù)的比值。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。假設(shè)通信系統(tǒng)只存在

40、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2，則該用戶的誤碼率為：(2-2)式中：是Q函數(shù)。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。因此，我們要用期望用戶q的等效能量eq()來替代實(shí)際中的能量Eq。此時(shí)，多用戶系統(tǒng)中所期望的用戶誤碼率為：(2-3)式中，eq()為第q個(gè)用戶到Pq()傳輸信息時(shí)所需要的能量。2、漸近多用戶有效性。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衡量，它是1986年由Verdu引入的。 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。多用戶有效性：在

41、移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多用戶系統(tǒng)達(dá)到單用戶系統(tǒng)一樣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：(2-4) 當(dāng)噪聲方差趨近于零時(shí)，q（）的極限就是第q個(gè)通信用戶的漸近有效性，記作q。漸近多用戶有效性在低信噪比條件下多用戶的有效性q（）的極限為： (2-5)上式中sup表示上確界。漸近有效性的取值圍為0,1,該取值圍的含義：由公式(2-5)知，背景噪聲趨近于零而Pq()不趨近于零時(shí)，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(cè)器仍然存在一定的誤碼率。此外，正的漸近有效性表示誤碼率小而且僅隨0而趨近于零，此時(shí)的衰減速率為1/2。如果q=1表示通信系統(tǒng)中期望用戶沒有受

42、到其他任何用戶的干擾。同步DS-CDMA系統(tǒng)使用一般接收機(jī)時(shí)，其漸近有效性為：(2-6)Pjq是用戶q和j的擴(kuò)頻波形的互相關(guān)。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)。 3、抗“遠(yuǎn)-近 ”能力。由于通信用戶距離基站的距離是不一樣的，所以基站對(duì)用戶的接收功率不一樣，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，影響通信質(zhì)量；為了解決這一問題，R.Lupas等人提出了抗“遠(yuǎn)-近”能力這一理論。解決抗“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)問題，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)來表達(dá)。 抗“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)能力是在全

43、部有關(guān)通信用戶能量圍所測(cè)得的最差情況下的漸進(jìn)有效性，表示為： (2-7)見式(2-7)，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)器來決定。“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最為常見，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。一般對(duì)非同步的CDMA信道抗“遠(yuǎn)-近”能力表達(dá)式為：(2-8)公式(2-8)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，Eji表示第j個(gè)通信用戶的第i個(gè)比特的接收能量。4、信干比（SIR）。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。當(dāng)不存在干擾通信用戶時(shí),第

44、K個(gè)用戶輸出的信干比為: (2-9)在同步DS-CDMA系統(tǒng)中,第K個(gè)用戶的信干比為: (2-10)2.5傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)原理與仿真2.5.1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)器來研究，傳統(tǒng)檢測(cè)器是將接收到的信息通過一個(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2-2 傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器原理圖在信息傳遞過程中，第i個(gè)信息符號(hào)的間隔第k個(gè)匹配濾波器的輸出用公式表示為：(2-11)上式j(luò)k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)。 (2-12)nk是一個(gè)高斯隨機(jī)過程，其方差為2、均值為零。(2-13)式（2.12）中，按從左到右

45、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）干擾項(xiàng)。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。為了更便于分析，我們引入矩陣向量來表示相關(guān)量。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。那么A=diagA1,A2,AkT；Z=n1,n2,nkT；b=b1,b2,bkT；Y=y1,y2,.,ykT；(2-14)式（2.12）用矩陣的形式表示為：Y=RAb+Z (2-15)采樣判決的輸出：b=sgn(Y)=sgn(RAb+Z) (2-16)sgn(x)是

46、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。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。傳統(tǒng)檢測(cè)器用戶K的誤碼率： (2-17)是K-1維的列矢量，即其他通信用戶對(duì)用戶K-1的形成的干擾。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。2.5.2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)的原理與理論分析，對(duì)其

47、進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，仿真結(jié)果如圖2-3所示：圖2-3由圖2-3知，傳統(tǒng)檢測(cè)多用戶算法的誤碼率的波動(dòng)圍小，但是誤碼率較大，隨著信噪比的增大，誤碼率趨于平緩。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)的思想來設(shè)計(jì)的多用戶檢測(cè)器。只有當(dāng)擴(kuò)頻碼完全正交，用戶功率一樣時(shí)，才能消除多址干擾，達(dá)到比較滿意的性能。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。2.6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

48、通信系統(tǒng)的效率。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。因此，S.Verdu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。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)。圖2-4 多用戶檢測(cè)原理框圖同步DS-CDMA系統(tǒng)：t0,T (2-18) (2-19) 最優(yōu)多用戶檢測(cè)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(cè)器的多用戶檢測(cè)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(gè)數(shù)量

49、中找一個(gè)理想的組合，如果 k的數(shù)值特別小還可以實(shí)現(xiàn)，但在現(xiàn)實(shí)的通信中k是一個(gè)特別大的值，所以幾乎不能實(shí)現(xiàn)。 2.7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。它主要是用非線性函數(shù)消除多址干擾，理論上對(duì)非線性多用戶檢測(cè)器的研究很困難，因?yàn)樗鼪]有完備的數(shù)學(xué)描述和良好的分析工具。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)仿真來完成。非線性多用戶檢測(cè)的基本原理是，先恢復(fù)多址干擾信號(hào)，然后從所有的信號(hào)中消除干擾的信號(hào)，經(jīng)過多次的提取，只保留期望信號(hào)。 這種干擾抵消在一定程度上克服了“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)。2.7.1串行干擾消除檢測(cè)器串行干擾消除(SIC

50、)檢測(cè)的原理：首先對(duì)匹配濾波器輸出的通信用戶信號(hào)按強(qiáng)弱程度進(jìn)行排序，對(duì)最強(qiáng)信號(hào)判決、再生，然后從總信號(hào)中消除這一信號(hào)，把它當(dāng)作下一級(jí)的輸入信號(hào)，整個(gè)過程依次循環(huán)知道判決出所有用戶信號(hào)。其原理圖如下所示：圖2-5 串行干擾消除第一級(jí)結(jié)構(gòu)a1=Ak(t-Tb)；a2=SK(t-Tb)；a3=r(t-Tb)串行干擾消除檢測(cè)的過程可重復(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，可以與時(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)。串行干擾消除只是對(duì)相對(duì)較弱用戶信號(hào)在消除多址干擾方面得到了改善，對(duì)于較

51、強(qiáng)用戶信號(hào)幾乎沒有貢獻(xiàn)。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)。單也存在不少缺點(diǎn)，在實(shí)際通信系統(tǒng)中，功率控制要把握精準(zhǔn)，此時(shí)對(duì)于較強(qiáng)用戶信號(hào)的判決沒有特別明顯的優(yōu)勢(shì)；從原理框圖中可以看出，每一級(jí)都有時(shí)延，因此在相消的用戶數(shù)和時(shí)延的限度上做一個(gè)權(quán)衡；要想實(shí)現(xiàn)較精準(zhǔn)的干擾再生和對(duì)消，就必須對(duì)信號(hào)的延時(shí)、相位和幅度有精確的估計(jì)；對(duì)信號(hào)的功率排序算法要求特別高；最后，初始數(shù)據(jù)比特判決出現(xiàn)差錯(cuò)，對(duì)后級(jí)判決的干擾有嚴(yán)重影響。2.7.2并行干擾消除檢測(cè)器PIC第一級(jí)結(jié)構(gòu)框圖：hk=Ak(t-Tb)；lk=Sk(t-Tb)圖2-6并行干擾消除第一級(jí)結(jié)構(gòu)并行干擾消除(PIC)估計(jì)，同時(shí)對(duì)期望用戶消

52、除其它用戶多址干擾，這個(gè)過程由多級(jí)完成。一般并行干擾消除檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)是多級(jí)的，零級(jí)是傳統(tǒng)檢測(cè)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(jì)bi(0)，i=1,2,k。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(t-Tb)，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)無多址干擾的估計(jì)。并行干擾消除只有對(duì)數(shù)據(jù)的相位和幅度估計(jì)精準(zhǔn)，才可以消除多址干擾。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)樵瓉矸鹊?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。在實(shí)際通信中，并行干擾的性

53、能不隨其級(jí)數(shù)的增加而加強(qiáng)，當(dāng)階數(shù)超過3時(shí)，性能不會(huì)出現(xiàn)明顯的改善，所以實(shí)際通信中并行干擾接收機(jī)的級(jí)數(shù)多數(shù)情況下取3。2.8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。線性多用戶檢測(cè)器主要問題就是如何得到一個(gè)次最優(yōu)的線性矩陣，對(duì)于次最優(yōu)沒有一個(gè)精確的定義，因此不同的矩陣可以產(chǎn)生不同的次最優(yōu)的多用戶檢測(cè)器，如果矩陣變?yōu)閱挝痪仃嚕敲催@就是一個(gè)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)器。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

54、誤差多用戶檢測(cè)算法。解相關(guān)檢測(cè)算法思想是，先對(duì)擴(kuò)頻碼的互相關(guān)矩陣求逆，然后對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解相關(guān)計(jì)算，最后對(duì)解相關(guān)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行判決輸出，這個(gè)過程中用到了用戶簽名序列的定時(shí)和波形。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關(guān)，比最大似然檢測(cè)器的運(yùn)算復(fù)雜度低。解相關(guān)檢測(cè)的缺點(diǎn)是：在數(shù)學(xué)上要對(duì)矩陣求逆，計(jì)算量特別大，而且在這個(gè)過程中增加了背景噪聲。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。最小均方誤差檢測(cè)算法的思想是求解一種矩陣，然后計(jì)算經(jīng)線性變換后接收數(shù)據(jù)和檢測(cè)器判決輸出間的均方誤

55、差盡量的小，這個(gè)均方誤差最小的矩陣就是所求的最佳矩陣。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，整體來看，它不僅可以克服多址干擾，而且還可以降低噪聲。它的缺點(diǎn)是：也需要計(jì)算矩陣，運(yùn)算量比較大，而且要估計(jì)用戶信號(hào)的幅度，在抗“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)方面也不如解相關(guān)檢測(cè)器。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。2.9本章小結(jié)本章主要介紹了移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多用戶檢測(cè)器，首先給出了CDMA信道的模型以與幾個(gè)參量，然后對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)的

56、原理、用途、分類和檢測(cè)思路做了介紹。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)器的原理與特點(diǎn)做了介紹分析。傳統(tǒng)檢測(cè)器不能解決多址干擾問題；串行干擾消除多用戶檢測(cè)器只對(duì)檢測(cè)弱信號(hào)有效，而且增加了延時(shí)；并行干擾消除多用戶檢測(cè)器的初始信息如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，多址干擾將會(huì)加倍；解相關(guān)檢測(cè)器是以提高背景噪聲來消除多址干擾的；MMSE檢測(cè)器的綜合性能比解相關(guān)檢測(cè)器強(qiáng)，但是受“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)的影響比較大?？偠灾?，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。第3章 多用戶檢測(cè)算法的仿真分析對(duì)于多用戶檢測(cè)算法，在本章節(jié)中主要對(duì)傳統(tǒng)多用戶檢測(cè)算法、解相關(guān)檢測(cè)多用戶檢測(cè)算

57、法和最小均方誤差檢測(cè)算法做了仿真分析，尤其是對(duì)后面兩種算法。 3.1解相關(guān)檢測(cè)的原理與仿真3.1.1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(2-15)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多址干擾信息。解相關(guān)檢測(cè)器的原理框圖：圖3-1 解相關(guān)多用戶檢測(cè)原理圖線性變換，公式(2-15)兩邊同時(shí)乘以R-1得到R-1Y=Ab+ZR-1,判決輸出b=sgn(R-1Y),這樣就完全消除了多址干擾，只存在背景噪聲的干擾。解相關(guān)檢測(cè)第k個(gè)用戶的誤碼率： (3-1)式中：(R-1Z)k是通信用戶k的噪聲分量，Rkk-1是線性變換矩陣R-1的第k

58、行k列個(gè)元素，(R-1y)k是采樣判決輸出的用戶k的信息比特。噪聲項(xiàng)的自相關(guān)矩陣為2R-1，對(duì)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2，解相關(guān)檢測(cè)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(shí)，解相關(guān)檢測(cè)器的性能就會(huì)大大降低。3.1.2解相關(guān)檢測(cè)算法的仿真由公式(2-14)分析知，只需一個(gè)R-1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)算法的計(jì)算機(jī)仿真圖3-2：圖3-2如圖3-2所示，從解相關(guān)檢測(cè)算法仿真圖可知，噪聲功率較大時(shí)，系統(tǒng)的性能差，即誤碼率較大；噪聲功率較小時(shí)(信噪比較大)信號(hào)功率較大時(shí)，其誤碼率會(huì)減小，檢

59、測(cè)器性能提高。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，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)算法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不用考慮通信用戶的信號(hào)功率，它也就具備了抗“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)的特性，但對(duì)延時(shí)引起的誤差要敏感，對(duì)定時(shí)信息和擴(kuò)頻碼也要清晰。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)。3.2最小均方誤差檢測(cè)的原理與仿真3.2.1最小均方誤差檢測(cè)器的原理最小均方誤差檢測(cè)器在減少背景噪聲和消除多址干擾這兩個(gè)方面，都有良好的特性。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，

60、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。MMSE檢測(cè)器的原理框圖：圖3-3 MMSE檢測(cè)器原理框圖令b=b1,b2,bkT；M=m1,m2,mkT是kk階的矩陣，表示k個(gè)用戶的線性檢測(cè)器，即在MMSE的準(zhǔn)則下得到一個(gè)最佳的矩陣M，使(3-2)最小化。經(jīng)過推導(dǎo)得：(3-3)經(jīng)過線性變換后： MY=MRAb+MZ=x (3-4)判決輸出為：(3-5)經(jīng)過判決用戶k的誤碼率為： (3-6)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。當(dāng)噪聲分量小到幾乎可以忽略，而多址干擾相對(duì)較大時(shí)，矩陣M就可以準(zhǔn)換為R-1，MMSE檢測(cè)器就相當(dāng)于解相關(guān)檢測(cè)器；另外一種