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1、学校代码 10126 学号 00812017 分类号 密级 本科毕业论文（设计） 多用户检测技术研究 学院、系 电子信息工程学院 电子系专业名称 电子信息科学与技术 年 级 2008级 学生姓名 胡波 指导教师 孙锴 2012年5月31日多用户检测技术研究摘要：多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。多用户检测是综合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其它用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或某些用户的信息的一种信号检测方法。本文主要研究了CDMA移动通信系统的各种多用户检测算法的原理和优缺点。首先介绍了多用户检测技术的基本分类，主要有线性多用户检测和非线
2、性多用户检测两类，前者包括解相关检测、线性最小均方误差检测，后者则以干扰抵消多用户检测为主，又分为串行和并行干扰消除多用户检测。然后对各类多用户检测技术的特点进行了分析比较。文中通过仿真比较分析了传统检测器、串行干扰抵消检测器和解相关检测器等经典多用户检测器的误码率。随着多用户检测技术的发展越来越成熟，其应用领域也不断扩大，多用户检测成为目前研究的一个热点。关键词：多用户检测，串行干扰消除，并行干扰消除 RESEARCH ON MUTI-USER DETECTION TECHNIQUEAuthor: Hu BoTutor: Sun KaiAbstract: Multi-user detecti
3、on is an anti-interference key technology in broadband CDMA system. Multi-user detection is a method for signal detection; it overall evaluates all users or certain users who occupy some channels, other users to any users influence will be eliminated or weakened. In the meantime, information of all
4、users or certain users is detected. This article focuses on the principle and algorithm of Multiuser Detection (MUD) and discusses the main techniques available for data detection in wireless CDMA systems. MUD can be classified into two main parts: Linear MUD and Nonlinear MUD. Linear MUD includes D
5、ecorrelating Detection and Minimum Mean-Square Error (MMSE) Linear MUD, while Nonlinear MUD includes Successive Interference Cancellation (SIC) and Parallel Interference Cancellation (PIC). In this paper, the pros and cons of recent and old techniques available in the literature are discussed. The p
6、erformances of BER of some typical conventional multi-user detectors, successive interference cancellation detector (SIC) and decorrelating detector are compared and analyzed through MATLAB simulation. With the multi-user detection technique becoming increasingly sophisticated, their applications ha
7、ve also expanded continuously, research of multi-user detection on the system become a hot topic at present.Key words: Multi-user detection (MUD), SIC, PIC目录1 绪论11.1 多用户检测技术产生背景11.2 多用户检测技术简介22 多用户检测技术32.1 多用户检测技术概述及其作用32.2 多用户检测技术工作原理42.3 多用户检测技术的分类52.3.1 解相关检测52.3.2 MMSE多用户检测62.3.3 多项式扩展(PE)多用户检测6
8、2.3.4 盲自适应多用户检测63 非线性多用户检测73.1 引言73.2 串行干扰消除73.2.1 串行干扰消除操作过程及注意事项73.2.2 串行干扰消除检测算法93.2.3 串行干扰消除检测算法的优缺点103.3 并行干扰消除113.3.1 并行干扰消除操作过程及注意事项113.3.2 并行干扰消除检测算法123.3.3 并行干扰抵消算法的特点124 MATLAB仿真与分析124.1 传统检测和解相关检测的比较124.2 传统检测和干扰消除接收机的比较124.3 线性干扰消除和非线性干扰消除的性能比较12结论12参考文献12 内蒙古大学本科学年论文（设计） 第21页多用户检测技术研究1
9、绪论1.1 多用户检测技术产生背景第三代移动通信系统是能够满足国际电联提出的IMT-2000/FPLMTS系统标准的新一代移动通信系统，要求具有很好的网络兼容性，能够实现全球范围内多个不同系统间的漫游，不仅要为移动用户提供话音及低速率数据业务，而且要提供广泛的多媒体业务。ITU已对IMT-2000的测试环境提出了具体标准，给出了表征IMT-2000系统的最低限度的参数，包括支持的数据速率范围、误码率标准、单向的时延标准、激活因子和业务量模型。根据ITU的标准，世界各大电信公司联盟均已提出了自己的第三代移动通信系统方案,主要有以日本DoCoMo公司为首提出的W-CDMA、美国Lucent和Mot
10、orola等公司提出的CDMA2000、欧洲西门子和阿尔卡特等公司提出的TD-CDMA以及我国提出的拥有自主知识产权的TD-SCDMA。总体来说，虽然这些方案不甚相同，但是全世界在第三代移动通信系统中采用宽带码分多址(CDMA)技术已经达成共识。我国现在已经具备了第二代移动通信系统的整体开发能力，但在第三代移动通信系统的研究开发方面还刚刚起步。当前最为迫切的任务是进行宽带CDMA通信系统的关键技术的研究工作，要努力形成自己的专利技术，提高中国电信业的独立性和与外国电信厂商竞争的能力。宽带CDMA通信系统的关键技术包括抗干扰(多用户检测)、抗多径衰落(天线分集和RAKE接收)、抗远近效应(功率控
11、制)等，而它们之间又是相辅相成、互相补充的，均为当前研究的热点。近年来移动通信一直是全球电信业的热点, 其发展状况备受瞩目。目前全球的移动电话用户数量已超过23亿, 移动通信将在未来的通信方式中占据越来越重要的位置。移动通信系统在经历第一代和第二代后, 第三代移动通信系统(3G)在2003年进入准备启动阶段, 到2006年5月底, 全球共颁发了156张3G许可证。与前两代系统相比, 第三代移动通信系统的主要特征是可提供丰富多彩的移动多媒体业务, 而且有更大的系统容量、更好的通信质量, 能在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括话音、数据及多媒体等在内的多种业务。目前国际电联接受的3G标准
12、主要有以下三种:WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA。因此，码分多址接入(Code Division Multiple Access, CDMA)技术已经成为第三代移动通信系统中的主流技术。与传统的FDMA、TDMA系统相比, CDMA系统具有频率规划简单、软容量、保密性好、易于无缝切换和宏分集等优点,但CDMA系统的主要缺陷就是由多址干扰带来的容量限制。在蜂窝移动码分多址通信中, 干扰大概分为三种类型:加性白噪声干扰、多径干扰与多用户间的多址干扰。由于在同一个小区间同时通信的用户不是一个而是多个,在码分多址中多个用户占用同一时隙、同一频率,当同时通信用户数较多时,多址干扰成为最主要
13、的干扰。CDMA系统是一个多入多出(MIMO)系统，采用传统的单入单出(SISO)检测方法,如匹配滤波器,不能充分利用用户间的信息,而将多址干扰认为是高斯白噪声。所以多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性,而且也严格限制了系统的容量提高。在多径衰落环境下,由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交,因而造成多个用户之间的相互干扰,并限制系统容量的提高。解决以上问题的一个有效方法是使用多用户检测技术(Multiple User Detection, MUD)。1.2 多用户检测技术简介多用户检测是宽带CDMA通信系统中抗干扰的关键技术。在实际的CDMA通信系统中，各个用户信号之间存在一定的相关性，
14、这就是多址干扰(Multiple Access Interference ,MAI)存在的根源。由个别用户产生的固然很小，可是随着用户数的增加或信号功率的增大，就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗干扰能力较差；多用户检测(Multi-User Detection, MUD)技术在传统检测技术的基础上，充分利用造成干扰的所有用户信号信息对单个用户的信号进行检测，从而具有优良的抗干扰性能，解决了远近效应问题，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著提高系统容量。目前寻求
15、MUD技术与其它技术结合的方法,以实现联合优化。现在研究较多的有MUD技术与空时二级信号处理、信道编码、功率控制等技术的结合；另外,还有用神经网络实现多用户检测可以考虑系统的非线性、非平衡性和非高斯性,因此,基于神经网络的多用户检测近来也受到人们的注意。还有将智能天线技术引入多用户检测,实现码分和空分的有力结合。相信, 随着第三代通信系统逐步步入商用阶段,由于用户数急剧膨胀,系统中的多址干扰会日益严重, 因此对多用户检测技术的需求会更加迫切,多用户检测技术联合其他优化技术必将发挥它重要的作用,它的发展将会进一步完善第三代移动通信系统。2 多用户检测技术2.1 多用户检测技术概述及其作用多用户检
16、测是第三代移动通信系统中宽带CDMA通信系统抗干扰的关键技术。传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，因而抗多址干扰()能力较差；如图2.1所示，多用户检测(Multi-User Detection, MUD)技术在传统检测技术的基础上，通过取消小区间干扰来改进性能，增加系统容量。实际容量的增加取决于算法的有效性、无线环境和系统负载。充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对多个用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间干扰的方法，有效地消除的影响，从而具有优良的抗干扰性能。在理想情况下，应用多用户检测技术，系统的性能将接近单用户时的性能。这显然消除了“远近
17、”效应的影响，可以简化用户的功率控制，降低系统对功率控制精度的要求。并且由于的消除，用户在较小的信噪比下就可达到可靠的性能，单用户信噪比的降低可以直接转化为系统容量的增加，因此可以更加有效地利用链路频谱资源，显著提高系统容量。图2.1 多用户检测技术原理图多用户检测的作用就是去除多用户之间的相互干扰。也就是根据多用户检测算法，在经过非正交信道和非正交的扩频码字，重新定义用户判决的分界线，在这种新的分界线上，可以达到更好的判决效果，去除用户之间的相互干扰。多用户检测的主要优点：它是消除或减弱CDMA中多址干扰的有效手段，也是消除或减弱CDMA中多径衰落干扰的有效手段，并且能够消除或减弱CDMA中
18、的远近效应，简化CDMA系统中的功率控制，降低功率控制的精度要求，弥补CDMA中由于正交扩频互相关性不理想所带来的一系列消极影响，改善CDMA系统性能，提高系统容量、扩大校区覆盖范围。多用户检测的主要缺点：大大增加CDMA系统的设备复杂度，增加CDMA系统的处理时延，特别是对于采用自适应算法，以及对于扩频码较长的系统更是如此。多用户检测一般需要知道很多附加信息，如所有用户的扩频码、衰落信道的主要统计参量：幅度、相位。延时等，这对于时变信道，需要不停地对每个用户信道进行实时估计才能实现，一般而言是非常困难的，而且参量估计的精度将直接影响多用户检测器的性能好坏。2.2 多用户检测技术工作原理如下图
19、2.2所示，假设有个用户，每个用户发送数据比特，通过扩频码字进行频率扩展，经过无线信道传输，加入了噪声，接收端接收的用户信号与同步的扩频码字相关，接收机相乘器由乘法器、积分和信息转存功能部分组成。解扩后的结果通过多用户检测算法去除用户之间的干扰，得到用户的信号估计值。多用户检测将不期望的多接入干扰从接入信号中分离。多用户检测输出的是估测的数据比特。从原理图上就可以看出：多用户检测的关键取决于相关器的同步扩频码字跟踪、各个用户信号的检测性能、相对能量的大小信道估计的准确性等接收机的性能，也就是取决于捕捉到的能量、相位的影响和码跟踪差错。在理想情况下，与没有MUD的系统相比，MUD减少干扰2.8倍
20、因子。实际情况下，MUD的有效性不到100% ，也就是说取决于检测方案、信道估计、时延估测和功率控制差错。图2.2 多用户检测系统模型2.3 多用户检测技术的分类多用户检测技术分为线性多用户检测和非线性多用户检测。线性多用户检测主要有下面几类: 解相关检测,最小均方误差检测, 盲自适应多用户检测和多项式扩展多用户检测，其中前三类只能用于短码系统, 而多项式检测可以在长码系统中应用。非线性多用户检测主要有串行干扰消除和并行干扰消除。本节主要介绍线性干扰消除，下章具体介绍非线性干扰消除。2.3.1 解相关检测由Lupas和Verdu提议的解相关器(又称为零驱动检测器) 结构如图3.1所示。图3.1
21、 解相关器示意图这种检测器是将多用户通信环境的多址干扰等效为一个信道的传输响应矩阵,即码字之间的相关矩阵,该矩阵仅与各用户的扩频序列以及序列间的相对时延有关。得到信道传输的逆矩阵,就可以将多用户信号经过个匹配滤波器的输出,再通过此逆矩阵进行求逆运算,以等效地消除各用户扩频序列间的相关性,从而达到消除多址干扰的目的。实际上是一个非因果的无限冲击响应的矩阵传递函数,是不可实现的。在实际情况中要将截断为有限长，具体实现可以采用横向滤波器。这种检测器具有以下特点: 必须知道所有用户的扩频码及其特性；必须得到所有用户的定时；必须计算互相关矩阵的逆矩阵；其性能独立于干扰功率,不需估计功率的大小；不需对用户
22、幅度进行估计。它的缺点是:放大噪声功率,扩大噪声的影响,而且造成解调信号很大的时延,也就是说解相关检测的性能是以提高背景噪声为代价换取消除多址干扰的。2.3.2 MMSE多用户检测使用最小均方误差准则，可以得到MMSE多用户检测。与解相关不同的是它不会增强噪声。MMSE检测器是在消除多址干扰和增大信道噪声这两者之间采取折中而达到某种平衡，从性能上来说，在信噪比低的情况下，MMSE检测器优于解相关检测器，在信噪比高的情况下，解相关检测器比MMSE性能更优。2.3.3 多项式扩展(PE)多用户检测S.Moshavi提出了一种称为多项式扩展的多用户检测方法。这一算法的基本思想是应用的矩阵多项式来逼近
23、一个线性变换。多项式扩展多用户检测实质上还是解相关检测或者是最小均方误差检测，只不过提出了将线性变换阵展开的一种方法。但多项式扩展多用户检测有一个最重要的特点是在长码系统和短码系统中同样容易实现。2.3.4 盲自适应多用户检测对于快时变信道，由于需要频繁发送训练序列，从而大大降低了系统的有效性和可靠性。因此，人们开始直接从业务信号本身提取信道状态信息的自适应检测技术，成为盲自适应检测。但是，盲算法的最大问题是其收敛速度能否跟得上信道时变衰落的变化速度。由于盲自适应多用户检测既不需要训练序列，也不需要其他用户的扩频码信息，所需要的信息几乎与传统的检测器相同，因此，它本质上是一种单用户抗多径自适应
24、检测。盲算法的收敛速度慢是通病，特别是对于快速时变信道，这是一个致命的弱点。但对于慢时变的移动信道，它仍是很有吸引力的算法。3 非线性多用户检测干扰消除检测器(又称为非线性多用户检测)一般由多级组成, 其基本思想是在接收端估计对每个用户的多址干扰, 然后从接收信号中部分或全部消除多址干扰。这种消除器与抗ISI的反馈均衡器类似, 所以又称为判决反馈检测器。用于估计多址干扰的判决可以是软判决或硬判决, 硬判决要求对信号幅度进行可靠的估计, 不可靠的估计将严 重降低检测性能。干扰抵消多用户检测主要有串行干扰消除和并行干扰消除。3.1 引言首先我们将CDMA通信系统进行简化，设有个用户，采用直接序列扩
25、频信道为单路径同步信道，则接收信号的基带表示为： （4.1）CDMA通信系统中传统的检测器是由个相关器组成的，相关检测器可以由匹配滤波器代替，所以又称为匹配滤波检测器。CDMA工作原理的核心在于伪随机码(Pseudo Noise Code ,PN码)的相关性，用公式表示为：，其中；如果；如果。所以第个用户的相关器输出是： （4.2）3.2 串行干扰消除3.2.1 串行干扰消除操作过程及注意事项串行干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)串行干扰消除器由多级组成，一级对一个用户序列信号进行判决、再造、消除，以给下面的各级减轻，各用户的操作顺序
26、是根据信号功率的下降顺序来确定的。将检测用户信号的功率按从大到小排列的原因是：(1)强功率用户用传统检测器时，其误码率比弱功率用户低，容易得到正确的判。(2)强功率用户产生的较大，首先把它从接收用户信号中删除，从而大大有利于随后其它用户的检测，能克服“远近”效应。如图4.1，接收机首先根据接收信号功率估值对用户进行排序，然后按功率由高到低次序对各用户信号依次进行判决和估计。即先解调出最强功率信号用户，根据判决结果，该信号扩频码、幅度估计值和相位信息得到该用户对其他用户所产生多址干扰，然后从总的接收信号中减去该多址干扰估计值，将结果作为一下级输入信号，这样就去掉了最强多址干扰分量。图4.1 串行
27、干扰消除原理图然后再检测次最强用户信号，重复以下步骤，“判决再造消除”，直至所有用户信号被检测出。接收端各用户信号功率相差越大，越利于串行干扰抵消检测算法的工作。串行干扰抵消算法之所以按信号功率强度由强到弱依次消除多址干扰是因为：对于功率最强用户信号，最容易正确解调和恢复；去除功率最强用户信号对剩下用户来说受益最大。因此，串行干扰抵消检测算法能大大提高弱用户检测准确率。通过上述过程可以看出：(1)串行干扰消除按信号功率从大到小依次相消，其性能很大程度上取决于用户接收信号的功率分布，用户接收信号的功率分布差别越大，性能提高就越明显。首先，信号最强的用户解调得到的可靠性最高；其次，从总信号中将最强
28、用户信号先检测出来，对其他用户的收益最大，这是由CDMA系统的特性决定的。CDMA是自干扰系统，因此，把信号最强的用户检测出来的同时也减小了对其他用户的干扰。这种算法的结构导致最强用户在抗多址干扰方面没有得到任何改善，而对最弱的用户来说，它在抗多址干扰方面获得很大改善。同时这也导致SIC检测有一个显著的缺陷，就是它的性能在很大程度上取决于初始数据估计的可靠性。也就是说如果用户1和用户2功率差别不大，或者对用户1的估计值与真实值差别比较大，则会使系统误差较大。此外，每一级的检测错误将会在以下各级中累加，它会严重影响整个系统的检测性能。(2)在串行干扰消除检测器中，由于每解调一个用户便会引入一定的
29、处理时延，当用户较多时，时延将累积到系统难以忍受的地步。因此，在SIC方案中，每个分组的用户不宜取太多，一般取4个用户即可。SIC可用于同步CDMA，也可用于异步CDMA中。(3)串行干扰消除需要对用户的功率进行排序。在无线衰落信道中，用户信号功率是变化的，此时需要重新排序。因此，必须在信号功率排序的速度和能够接收的运算复杂度之间进行权衡。(4)串行干扰消除需要估计用户信号的延时、幅度和相位。(5)串行干扰消除结构简单，运算复杂度与用户数呈线性关系。多用户检测中的干扰消除算法充分利用了多个用户的信息，并且工程实现相对简单。存在的问题是：对干扰的估计要求相当准确，否则干扰删除的效果会大大削弱甚至
30、使系统恶化。3.2.2 串行干扰消除检测算法图4.2是两个用户时串行干扰抵消检测算法结构图，假定用户2功率比用户1功率大。图4.2 两个用户的串行干扰消除检测算法框图对于一个同步DS-CDMA系统,假定小区内用户数为，则接收信号可以表示为： （4.3）式中为第个用户的幅度；为第个用户的信息比特；为扩频波形；为具有单位功率谱密度的高斯白噪声。经过匹配滤波器后，第个匹配滤波器的输出可表示为： （4.4）其中，式（4.4）的向量形式可表示为： （4.5）其中：，。各种CDMA多用户检测算法的区别主要是对匹配滤波器的输出处理方式不同，即CDMA多用户检测器所要解决的问题主要是如何利用匹配滤波器的输出，
31、准确快速地估计出用户发送的信息序列。对于有个用户的串行干扰消除检测器，接收信号一次去掉一个干扰波形，当对第个用户进行判决时,则假定对个用户的判决是正确的，并忽略个用户的存在,那么同步信道下第个用户的判决输出是： （4.6）3.2.3 串行干扰消除检测算法的优缺点 串行干扰消除检测算法具有以下特点：(1)结构简单，只需在传统检测算法基础上附加少量硬件即可实现；(2)能相对于传统检测算法有较大提高；(3)不改善最强功率用户抗多址干扰性能，明显改善弱功率用户抗多址干扰性能，总体性能得到改善；(4)计算复杂度与用户数成线性关系。串行干扰消除检测算法具有以下缺点：(1)SIC检测算法检测每个用户都会相应
32、增加一个时延，当系统负荷较大时，时延大，不能满足实时要求；(2)SIC检测算法需要对用户按功率进行排序，因此当用户信号功率强度发生变化时需要重新排序；(3)SIC检测算法要求初级检测必须准确，否则不但不能消除多址干扰，还会引入虚拟用户，引起误差传播。但是，由于串行干扰消除检测算法概念和硬件实现都比较简单，是目前实际系统中最有可能广泛应用的多用户检测算法之一。3.3 并行干扰消除3.3.1 并行干扰消除操作过程及注意事项并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation, PIC)为了解决SIC在时延以及重排上的缺陷问题，产生了并行干扰消除检测，它不需要对用户的信
33、号强度进行排序。并行干扰消除存在多级检测，在每级检测的干扰消除中，每个用户减去其他用户的信号强度, 并进行解调。重复多次这样的干扰消除，就可以消除其他用户的多址干扰。并行干扰消除器的基本原理是利用接收信号的初始值或前级判决值构造所有用户的干扰信号，然后同时并行从接收信号中抵消所有用户的干扰。在每一级中，根据上一级的输出在每个用户的接收信号中去掉其它用户对它产生的多址干扰，并用修改过的接收信号对所有用户的信号进行重新估计。PIC的设计思想基本上和SIC的设计思想是一致的，只是由于PIC是并行处理，克服了SIC时延大的缺点，并且在信号发生变化时重新排序，因此具有较高的实用价值。在每级干扰消除检测中
34、，并不是完全删除其他用户的信号强度，而是乘以一个相对小的系数，避免了传统匹配滤波接收检测中的误码率被不断放大。PIC的好处在于实现了多用户的干扰消除，而时延又小于SIC，但与此同时也增加了算法的计算量。具体的操作如下：如图4.3，并行干扰消除检测器的每一级将前一级的硬判决输出与幅度估计相乘，再通过扩频码扩频，就得到了延时一个比特的每个用户接收信号的估计值。然后对每个用户，从总的接收信号中减去其它用户的估计值，就得到了单一用户接收信号的值。对该值用传统检测方法进行检测，就得到了该级的各用户信号的检测结果。在多级结构中，第一级的输出送入第二级，再进行相同的检测步骤。并行干扰消除器最大优势在于计算复
35、杂度与用户数成线性关系，所以大大降低了运算复杂度，有利于高速实时应用，但是由于进行了判决反馈所以相对于传统检测器的改进依赖于第一级判决的正确度。当信噪比较低而第一级判决的误码率过高时，由于错误的判决而导致对每个干扰用户产生的多址干扰的相反极性的估计，使得减去多址干扰的估计值的结果是多址干扰反而加大了，最终造成误码的扩散，误码性能反而不如传统检器。图4.3 并行干扰消除原理图与SIC相比，PIC检测器的实现结构复杂，并且当某一级检测器对一个用户的判决有误时，下一级会使该用户对其它用户的干扰加倍，即出现误差传播的现象。并且如果多级检测器的级数过多，对性能的改善并不明显，有可能出现下一级误码率高于前
36、一级误码率的现象，一般PIC的级数应限制在3级以内。3.3.2 并行干扰消除检测算法不失一般性，以用户为例来推导并行干扰消除的过程。图中和分别代表用户的第级和第级判决输出，用户的信息数据经过完全干扰消除后得到如下结果： （4.7）所得结果通过匹配滤波器组进行码片匹配滤波，最后通过判决器判决输出。 图4.4 并行干扰消除检测算法框图由图4.4，对于一个同步DS-CDMA系统,假定小区内用户数为，则接收信号可以表示为： （4.8）式中为第个用户的幅度；为第个用户的信息比特；为扩频波形；为具有单位功率谱密度的高斯白噪声。经过匹配滤波器后，第个匹配滤波器的输出可表示为： （4.9）其中，式(4.9)的
37、向量形式可以表示为： （4.10）其中，。各种CDMA多用户检测算法的区别主要是对匹配滤波器的输出处理方式不同，即CDMA多用户检测器所要解决的问题主要是如何利用匹配滤波器的输出，准确快速地估计出用户发送的信息序列。并行干扰抵消检测器是对每一用户的匹配滤波器输出做初始判决，用它去估计多址接入干扰，并从初始的输出中减去而得到更接近真实发送信号的输出，接着再进行判决、估计，如此循环往复，直到得到期望的性能指标。同步信道下，第一级采用传统检测的两级并行干扰消除检测器的第个用户的判决输出可以表示为： （4.11）3.3.3 并行干扰抵消算法的特点(1)PIC算法的时延与用户数没有关系，仅和级数有关，可
38、以保证实时处理的要求；(2)运算复杂度与用户数成线性关系；(3)在有严格功率控制时，PIC算法的性能优于SIC算法；但当没有功率控制时，PIC算法的性能不如SIC算法。但是相对于SIC算法，PIC算法实现结构复杂，并且当某一级算法对一个用户判决有误时，下一级不但不能消除误差，反而会使该用户对其它用户干扰加倍，即出现误差传播现象。如果级数过多，对性能改善并不明显，有可能出现下一级误码率高于上一级误码率现象，这时并行干扰抵消算法反而带来误码率的恶化。因此，PIC检测算法结构选择十分重要。一般而言，从系统处理时延和复杂度考虑，级数应限制在三级以内。4 MATLAB仿真与分析4.1 传统检测和解相关检
39、测的比较解相关法复杂度随用户数线性增长，解相关检测法不需估计各用户的幅度，具有较好的抗远近效应能力。但解相关法对信道噪声有放大作用。由图4.1我们可以看到，在相同条件下，解相关检测的误比特率小于传统检测的误比特率，其抗干扰性能优于传统检测器的抗干扰性能。图4.1 传统检测和解相关检测的性能比较4.2 传统检测和干扰消除接收机的比较干扰消除多用户检测技术包括串行干扰消除和并行干扰消除。这节主要进行串行干扰消除和传统检测性能的比较。串行干扰消除多用户检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判出一个就从总的接收信号中减去该信号，从而消除该用户信号造成的多址干扰。操作顺序是根据信号功率大小决定的
40、，功率较大的信号先进行操作，因此，功率弱的信号受益最大。如图4.2，在相同情况下，串行干扰消除检测器性能比传统检测器有较大提高，误比特率明显小于传统检测的误比特率。但当信号功率强度发生变化时需要重新排序，最不利的情况是若初始数据判断不可靠将对下级产生较大影响。图4.2 传统检测和串行干扰消除检测的比较4.3 线性干扰消除和非线性干扰消除的性能比较由图4.3可知，随着干扰用户功率的增加，相同情况下，解相关检测器的性能下降的要比串行干扰消除检测器的快，即串行干扰消除检测的误比特率小于解相关检测的误比特率。图4.3 串行干扰消除和解相关检测的性能比较串行干扰消除(SIC)技术可以有效抑制多址干扰(M
41、AI),显著提高CDMA系统容量。在任何条件下,相对于传统的单用户接收机系统,采用线性SIC技术能显著提高系统容量。另外,随着系统中用户数目的增多,理想SIC和非线性SIC的接收功率之间的差异越来越大。因此,对实际的多速率SIC系统进行功率分配时,不能简单地用理想SIC模型来替代实际的线性SIC系统,以免系统性能严重恶化。通过仿真比较分析了传统检测器、解相关检测器、串行干扰抵消检测器等几种经典多用户检测器的误码率，文章中对这些检测器所需的假定知识和计算复杂度进行了归纳。从而为分析、选择不同多用户检测器提供了一些依据,也为进一步研究多用户检测算法提供了一定的参考。结论第三代移动通信系统容量主要受
42、限于用户间的多址干扰，如何降低或消除这种多址干扰，进一步提高系统容量和性能，一直受到广泛关注。多用户检测技术作为抑制多址干扰的主要手段，20世纪80年代中期以来成为国际研究的热点。文中详细阐述多用户检测技术原理，分析了串行干扰抵消检测算法(Successive Interference Cancellation, SIC)及并行干扰抵消检测算法 (Parallel Interference Cancellation, PIC)的原理、性能和优缺点，通过以上检测算法进行计算机仿真比较，SIC和PIC的实现复杂度低、易于硬件实现，可通过进一步改进改善两者抗干扰性能。在背景噪声不大、多址干扰占主导的
43、情况下，解相关矩阵检测器的优势比较明显，而在背景噪声较大的情况下，解相关矩阵检测器的性能可能低于传统检测器。在相同条件下，最小均方误差检测器的误比特率均小于传统检测器和解相关矩阵检测器，互相关系数越大，性能改善越大。在抗“远一近”效应方面，由于解相关矩阵用户检测器是全解相关，因而不受“远一近”效应的影响，故它的抗“远一近”效应最强，而最小均方误差检测器是部分解相关，它的抗“远一近”效应性能劣于解相关矩阵检测器，但优于传统检测器。并行干扰消除器最大优势在于计算复杂度与用户数成线性关系，所以大大降低了运算复杂度，但是第一级判决误码率过高时，性能不佳。码分多址通信系统中，由于多用户检测技术的存在，有
44、效削弱了小区内多址干扰的影响，使得系统容量显著提高；其次，上行链路性能的改进允许移动台使用较小的处理增益工作，这意味着同样的带宽可以支持更高的数据速率，或将多余的带宽用于改善下行链路的容量；再次，由于多址干扰和远近效应的减弱，降低了所有用户以同样功率达到接收端的要求，所以多用户检测器的使用对移动台功率控制的精度要求有所降低。如何通过多用户检测技术提高系统效率以及如何克服多用户检测技术的局限性是非常具有理论及现实意义的。通过多用户检测技术的发展，将会使第三代移动通信系统更加完善，得到更大范围的商用。参考文献1 王华奎，李艳萍.移动通信原理与技术M.北京：清华大学出版社.2009.1.2 何先刚，
45、温平川.第三代移动通信系统中的多用户检测J.重庆邮电学院学报，2002，14(4)3 康晓非.基于支持向量机的多用户检测算法研究J.西安科技学院学报,2004 ,24(增):267-269.4 张贤达,保铮.通信信号处理M.北京:国防工业出版社,2002:424-461.5 吴边，许宗泽.改进的部分并行干扰抵消多用户检测J，南京航空航天大学学报，2004,36(3):392-397.6 孙世国.CDMA移动通信系统中多用户检测算法的研究D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2003.7 樊昌信，曹丽娜，通信原理M.国防工业出版社，2009.18 王维芳.DS-CDMA通信系统中多用户检测技术的研究D西安：西安科技大学，2004.9 刘向东，顾学迈.第三代移动通信系统中非线性多用户检测技术.华北航天工业学院学报 Vol.14 No.1 Mar.2004.