優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)-CDMA系統(tǒng)中CMA盲多用戶檢測(cè)研究.doc

精品文檔！論文題目：CDMA系統(tǒng)中CMA盲多用戶檢測(cè)研究專業(yè)：通信工程學(xué)生：高鑫 簽名： 指導(dǎo)教師：康曉非 簽名： 摘要碼分多址(CDMA)技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，但在CDMA系統(tǒng)中，由于存在多址干擾，使系統(tǒng)性能受到了嚴(yán)重影響。多用戶檢測(cè)是第三代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，它是一種從信號(hào)接收端的設(shè)計(jì)入手的干擾抑制方法。傳統(tǒng)的檢測(cè)方式是把多址干擾(MAI)當(dāng)作噪聲來(lái)處理的，不能充分利用多用戶的信息，從而降低了系統(tǒng)容量和性能。而多用戶檢測(cè)是把多址干擾作為有效信息來(lái)處理，并能有效地克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，提高系統(tǒng)容量。因此，多用戶檢測(cè)技術(shù)成為通信領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。 由于最優(yōu)化多用戶檢測(cè)算法復(fù)雜，且實(shí)現(xiàn)條件苛刻，因此只具有理論上的意義。CDMA多用戶檢測(cè)技術(shù)的研究集中在尋找復(fù)雜度較低、性能良好的次優(yōu)檢測(cè)器。然而這些多用戶檢測(cè)需要發(fā)送訓(xùn)練序列，頻繁的發(fā)送訓(xùn)練序列嚴(yán)重制約了多用戶檢測(cè)技術(shù)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性；盲多用戶檢測(cè)只需利用期望用戶的信息就可以進(jìn)行檢測(cè)，而不需要其他用戶信息就可以抵消多址干擾。本文首先對(duì)DS-CDMA系統(tǒng)模型和多用戶檢測(cè)的理論進(jìn)行了介紹，然后從傳統(tǒng)的檢測(cè)機(jī)到盲自適應(yīng)檢測(cè)機(jī)進(jìn)行介紹。重點(diǎn)對(duì)CDMA系統(tǒng)中盲多用戶檢測(cè)的MOE算法和CMA算法進(jìn)行了研究，分析了其性能并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證?！娟P(guān)鍵字】 CDMA；盲多用戶檢測(cè)；最小輸出能量算法；恒模算法【論文類型】理論研究型Title: Research on Technologies of Blind Multiuser Detection for CDMA CommunicationMajor: Communication Engineering Name: Gao Xin Signature: Supervisor: Kang Xiaofei Signature: ABSTRACTCDMA has become one of the key techniques of 3G mobile communication systemBut multiple access interference gravely affects the CDMA system performanceMulti-user detection is one of the key techniques for 3G system, it is a method to suppress interference from signal receiver.Traditional detection methods is regard as multiple-access interference to noise，it can not make use of multi-user information，hence it reduce the system capacity and performance. While multi-user detection technology can effectively overcome the distance effect(Near-Far Effect)，and increase system capacity. Therefore，multi-user detection technology has became a new hotspot in the research of mobile communicationThe optimal multi-user detection exists only with its theoretical value, because it has a great computation complication and is very hard to be realized. Then people focus on the research on suboptimal multi-user detection with tolerable computation complication and good performance.However, sent train sequences has been seriously restricted the real time character and practicality multi-user detection technologyBlind multi-user detection technology can detect the expected user with only needing the spreading codes and without train sequences and without information of usersThis paper introduces the system model of DS-CDMA and multi-user detection theory, after that introduce the detector from the traditional to the blind adaptive detector. The paper focus on the MOE blind multi-user detection algorithm and the CMA algorithm, analysis of its performance and makes a simulation verification.【Keywords】CDMA；Blind Multi-user Detection；CMA algorithm ；Minimum output energy algorithm【Type of Thesis】Theoretical research目錄第一章 緒論11.1第三代移動(dòng)通信概述11.2課題研究的背景及意義11.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀21.4 論文各章節(jié)安排3第二章 CDMA技術(shù)42.1 CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)42.2 CDMA的基本原理62.2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)62.2.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)72.2.3 擴(kuò)頻與解擴(kuò)頻過(guò)程72.2.4 CDMA擴(kuò)頻通信原理8第三章 多用戶檢測(cè)技術(shù)的基本理論113.1 CDMA通信系統(tǒng)模型123.2多用戶檢測(cè)的基本原理133.2.1多用戶檢測(cè)的基本思想133.2.2多用戶檢測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)133.3 多用戶檢測(cè)器的分類173.4 最優(yōu)多用戶檢測(cè)器183.5 次優(yōu)多用戶檢測(cè)器193.5.1 非線性多用戶檢測(cè)203.5.2 線性多用戶檢測(cè)器223.6 多用戶檢測(cè)的性能測(cè)度26第四章 盲多用戶檢測(cè)294.1 盲多用戶檢測(cè)概述294.1.1 盲多用戶檢測(cè)的基本知識(shí)294.1.2 盲多用戶檢測(cè)的基本原理304.1.3 盲多用戶檢測(cè)的接收模型314.1.4 盲多用戶檢測(cè)器的典范表示324.2 MOE盲多用戶檢測(cè)算法及仿真分析334.2.1 MOE算法334.2.2 MOE算法的仿真354.3 恒模(CMA)盲多用戶檢測(cè)算法仿真及分析364.3.1 CMA算法364.3.2 CMA算法仿真分析374.4 LS-CMA盲多用戶檢測(cè)算法及仿真分析394.4.1 LS-CMA算法394.4.2 LS-CMA的仿真分析41第五章 總結(jié)與展望445.1 論文的工作總結(jié)445.2 未來(lái)的展望45致謝46附錄47參考文獻(xiàn)51精品文檔！第一章 緒論1.1第三代移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信是當(dāng)今最為活躍和發(fā)展最為迅速的通信領(lǐng)域之一，也是二十一世紀(jì)對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域之一。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)制方式，主要提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，現(xiàn)在使用的第二代蜂窩系統(tǒng)，采用數(shù)字調(diào)制方式，第三代移動(dòng)通信(3G)系統(tǒng)無(wú)論在應(yīng)用還是容量等方面都有了重大的提高。隨著無(wú)線通信用戶數(shù)量的急劇增長(zhǎng)，頻率資源日益緊張，要求第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供更大的系統(tǒng)容量，更高的通信質(zhì)量，并能提供2Mbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以滿足人們對(duì)媒體通信的要求，對(duì)空中接口(無(wú)線接口)提出了更高的要求。其主要特點(diǎn)概括為：全球無(wú)縫漫游：具有支持多媒體業(yè)務(wù)的能力，特別是支持Internet業(yè)務(wù)；便于過(guò)渡、演進(jìn)；高頻譜效率、高服務(wù)質(zhì)量、低成本、高保密性。 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)以其優(yōu)越的性能成為了眾人矚目的焦點(diǎn)。作為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心-CDMA系統(tǒng)，成為了當(dāng)前通信領(lǐng)域研究工作的熱點(diǎn)。1.2課題研究的背景及意義隨著科技的進(jìn)步，通信技術(shù)成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要因素。人們對(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和質(zhì)量的要求也在不斷提高。未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)不僅要有大的系統(tǒng)容量，而且要能支持話音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體等多種業(yè)務(wù)的有效傳輸。為了滿足越來(lái)越多的對(duì)移動(dòng)通信非話業(yè)務(wù)的需求。人們一方面對(duì)現(xiàn)有的第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)如GSM、IS-95、CDMA等進(jìn)行技術(shù)上的改造，同時(shí)以ITU、3GPP、3GPP2為首的許多國(guó)際組織和機(jī)構(gòu)致力于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定和研究開(kāi)發(fā)。目前，國(guó)際電聯(lián)所承認(rèn)的三種方案分別是由中國(guó)提出的TD-CDMA、美國(guó)所制定的CDMA2000和歐洲所制定的WCDMA?？梢钥闯?，碼分多址(CDMA)技術(shù)己經(jīng)成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的主流技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中是依靠不同擴(kuò)頻碼來(lái)區(qū)分不同的用戶，如果不同的用戶之間的擴(kuò)頻碼是完全正交的，則用戶系統(tǒng)中各個(gè)用戶之間將不存在干擾。然而，在CDMA系統(tǒng)中，由于各個(gè)用戶的隨機(jī)接入及各個(gè)用戶擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性。用戶地址碼之間不能保證完全的正交性，從而引起多址干擾。用戶數(shù)目越多這種干擾越嚴(yán)重，系統(tǒng)的性能也會(huì)越差。多址干擾的存在帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：1) 系統(tǒng)的容量受到限制。隨著同時(shí)接入系統(tǒng)用戶數(shù)的增加，誤碼性能隨之下降。因此，減小多址干擾將增加系統(tǒng)容量。2) “遠(yuǎn)一近”效應(yīng)嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。由于移動(dòng)用戶所在的位置處于動(dòng)態(tài)的變化中，基站接收到的各用戶信號(hào)功率可能相差很大，強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)有著明顯的抑制作用，會(huì)使弱信號(hào)的接收性能很差甚至無(wú)法通信。這種現(xiàn)象被稱為“遠(yuǎn)一近效應(yīng)”。傳統(tǒng)的CDMA信號(hào)檢測(cè)技術(shù)將根據(jù)直接序列擴(kuò)頻理論對(duì)基帶接收信號(hào)進(jìn)行地址碼相關(guān)計(jì)算，獨(dú)立處理每個(gè)用戶的信號(hào)，因此稱為相關(guān)檢測(cè)或單用戶檢測(cè)。IS-95CDMA接收機(jī)采用Rake技術(shù)，它將其它用戶的信號(hào)作為干擾來(lái)對(duì)待，其使用空間分集技術(shù)抗多徑效應(yīng)，但不具備抗多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的能力。多用戶檢測(cè)(Multi-User Detection，MUD)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中寬帶CDMA通信系統(tǒng)中抗干擾的關(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(MAI)能力較差；多用戶檢測(cè)技術(shù)在傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，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)用戶進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)或從接收信號(hào)中減掉相互間干擾的方法，有效地消除MAI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)一近效應(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MAI的消除，用戶在較小的信噪比下就可達(dá)到可靠的性能，單用戶信噪比要求的降低可以直接轉(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。盲多用戶檢測(cè)通過(guò)自身信號(hào)參數(shù)的提取實(shí)現(xiàn)了不依靠訓(xùn)練序列完成對(duì)信號(hào)序列的估計(jì)，已經(jīng)成為多用戶檢測(cè)研究的熱點(diǎn)。1.3 多用戶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀多用戶檢測(cè)的想法最早在1979年由K.S.Schneider提出。1983年RKohno發(fā)表了對(duì)多用戶干擾抵消器的研究，利用其他用戶的已知信息消除MAI，實(shí)現(xiàn)無(wú)MAI的多用戶檢測(cè)，并指出了研究方向，這是多用戶檢測(cè)最早的文獻(xiàn)。1986年Verdu將多用戶檢測(cè)的理論向前推動(dòng)了一大步，認(rèn)為多址干擾是具有一定結(jié)構(gòu)的有效信息，理論上證明了采用最大似然序列檢測(cè)(MLSD)可以逼近單用戶接收性能。并有效地克服了“遠(yuǎn)一近”效應(yīng)，大大提高了系統(tǒng)容量，從而開(kāi)始了對(duì)多用戶檢測(cè)的廣泛研究。但是研究發(fā)現(xiàn)MLSD結(jié)構(gòu)是匹配濾波器組加上Viterbi譯碼，復(fù)雜度為，其中K為用戶數(shù)，這在工程上基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此人們開(kāi)始研究各種次優(yōu)多用戶檢測(cè)器。次優(yōu)檢測(cè)在處理方法上，大致可分為線性和非線性。線性檢測(cè)技術(shù)有兩類典型算法：1989年RLupas等人提出的解相關(guān)多用戶檢測(cè)器(DD)和UMadhow提出的最小均方誤差檢測(cè)算法(MMSE)。非線性檢測(cè)器主要包括：判決反饋檢測(cè)器、并行、串行干擾抵消算法。上述檢測(cè)器需要已知各用戶的擴(kuò)頻碼、時(shí)延、用戶功率以及信道參數(shù)等系統(tǒng)參量的準(zhǔn)確估計(jì)，對(duì)于異步系統(tǒng)存在多徑或信號(hào)功率不斷變化的情況下，獲取這些信息有時(shí)是很困難的，并且通信系統(tǒng)本身是一個(gè)實(shí)時(shí)性極強(qiáng)的系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了大量自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)的多用戶檢測(cè)器。這些自適應(yīng)多用戶檢測(cè)雖然很好地解決了實(shí)時(shí)性的要求且性能較好，但這些檢測(cè)器工作時(shí)需要不斷發(fā)送訓(xùn)練序列，這就造成了頻譜的很大浪費(fèi)，另一方面，由于信道是時(shí)變的，當(dāng)變化很大時(shí)，發(fā)送的訓(xùn)練序列就將毫無(wú)用處，甚至使得檢測(cè)器的性能變得很差。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了不需要訓(xùn)練序列的盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)，Honig等人于1995年首先提出了盲多用戶檢測(cè)，給出了一種盲多用戶檢測(cè)的典范形式；Wang等人提出了盲多用戶檢測(cè)的子空間方法例；張賢達(dá)等人提出了基于Kalman濾波的盲多用戶檢測(cè)。盲多用戶檢測(cè)技術(shù)由于不需要采用訓(xùn)練序列，且能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，因而近年來(lái)成為了多用戶檢測(cè)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。根據(jù)盲算法的代價(jià)函數(shù)不同，可以分為以下幾種：基于最小輸出能量(MOE)準(zhǔn)則的盲多用戶檢測(cè)算法，基于恒模準(zhǔn)則的盲多用戶檢測(cè)算法(CMA)，基于子空間的盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)算法，Kalman盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)算法等。雖然盲多用戶檢測(cè)算法已經(jīng)被提及，但是，這些盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)算法多是停留在理論的探討階段。要想進(jìn)一步被應(yīng)用與實(shí)際中，還得需要一些時(shí)間。本文在閱讀了大量研究多用戶檢測(cè)算法文章的基礎(chǔ)上，把研究重點(diǎn)放在CMA盲多用戶檢測(cè)算法的研究上。提出了適合在多徑信道下的盲多用戶檢測(cè)算法，并進(jìn)行了性能分析和數(shù)據(jù)仿真，仿真結(jié)果表明算法能在少量增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下，提高在較惡劣的傳輸環(huán)境下的系統(tǒng)性能。1.4 論文各章節(jié)安排第一章敘述了課題研究的背景及意義，回顧并總結(jié)了多用戶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀。第二章主要介紹了CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及CDMA系統(tǒng)的基本原理。第三章首先介紹了CDMA系統(tǒng)的通信模型，接著介紹了多用戶檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)生，提出了多用戶檢測(cè)的基本思想、多用戶檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)和多用戶檢測(cè)基本原理以及多用戶檢測(cè)的分類，重點(diǎn)介紹了幾種典型的多用戶檢測(cè)技術(shù)，分析了傳統(tǒng)的匹配濾波接收機(jī)、最佳多用戶檢測(cè)器以及幾種典型的線性和非線性多用戶檢測(cè)算法，比較了其優(yōu)缺點(diǎn)。第四章在CDMA系統(tǒng)中為盲多用戶檢測(cè)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，深入研究了盲多用戶檢測(cè)的3種經(jīng)典算法MOE算法、CMA算法和改進(jìn)的LS-CMA算法，最后通過(guò)仿真對(duì)盲多用戶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析并比較其性能。第五章對(duì)本文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，概述了本論文所作的工作，指出研究的不足，指明了盲多用戶檢測(cè)技術(shù)未來(lái)研究的方向，對(duì)未來(lái)的研究工作進(jìn)行了展望。第二章 CDMA技術(shù)CDMA是一種擴(kuò)頻通信技術(shù), 擴(kuò)頻就是將數(shù)字信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)比自身帶寬寬很多的頻帶上去傳送信號(hào)。因?yàn)樗谋Ｃ苄阅芎?抗干擾能力強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用于軍事通訊領(lǐng)域。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻率和時(shí)間上進(jìn)行分離，它是在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)用戶的信息，也就是說(shuō)允許用戶之間的相互干擾。其核心是信息在傳輸以前要進(jìn)行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會(huì)丟失原來(lái)的信息。有多少個(gè)互相正交的碼序列，就可以有多少個(gè)用戶同時(shí)在一個(gè)載波上通信。每個(gè)發(fā)射機(jī)都有自己唯一的偽隨機(jī)碼，同時(shí)接收機(jī)也知道要接收的代碼，用這個(gè)代碼作為信號(hào)的濾波器，接收機(jī)就能從具有其他信號(hào)的背景中恢復(fù)出原來(lái)的信息碼。2.1 CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)CDMA系統(tǒng)采用碼分多址的技術(shù)及擴(kuò)頻通信的原理，使得可以在系統(tǒng)中使用多種先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，為系統(tǒng)帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)。以下介紹了CDMA無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：1)多址技術(shù)多址技術(shù)是指把處與不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶接入一個(gè)公共傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶之間進(jìn)行通信的技術(shù)。為了使信號(hào)多路化而實(shí)現(xiàn)多址的方法有三種，它們分別采用頻率、時(shí)間或碼元分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式。根據(jù)理論計(jì)算及試驗(yàn)表明，CDMA系統(tǒng)的信道容量是模擬系統(tǒng)的10-20倍，是TDMA系統(tǒng)的4倍。CDMA系統(tǒng)的高容量很大一部分因素是因?yàn)樗念l率復(fù)用系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它制式的蜂窩系統(tǒng)，同時(shí)CDMA系統(tǒng)使用了扇區(qū)化和話音激活，快速功率控制等。2)軟容量在FDMA、TDMA系統(tǒng)中，當(dāng)小區(qū)服務(wù)的用戶數(shù)達(dá)到最大信道數(shù)，已達(dá)到滿載的系統(tǒng)就無(wú)法再增添一個(gè)信號(hào)了，若此時(shí)有新的呼叫，該用戶只能聽(tīng)到忙音。而在CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)目和服務(wù)質(zhì)量之間可以互相折中，非常靈活。3)軟切換所謂軟切換是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)需要切換時(shí)，先與新的基站連通以后再與原基站切斷聯(lián)系，而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行，所以FDMA系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)都不具有這種功能。軟切換能夠有效地提高切換的可靠性，大大減少切換造成的掉話。同時(shí)，軟切換還提供了分集，在軟切換中，由于各個(gè)小區(qū)采用同一頻帶，因而移動(dòng)臺(tái)可同時(shí)與小區(qū)m和鄰近小區(qū)n同時(shí)進(jìn)行通信，在軟切換中，由于采用空間分集技術(shù)，很大程度上提高了移動(dòng)臺(tái)在小區(qū)邊緣的通信質(zhì)量，增加了系統(tǒng)的容量。 4)采用多種分集技術(shù)分集接收是克服多徑衰落的一個(gè)很有效方法，采用這種方法，接收機(jī)可以對(duì)多個(gè)攜有相同信息且衰落特性相互獨(dú)立的接收信號(hào)在合并處理之后進(jìn)行判決。由于衰落具有頻率、時(shí)間和空間的選擇性，因此分集技術(shù)分為頻率分集、時(shí)間分集和空間分集。CDMA系統(tǒng)能夠綜合利用頻率分集、空間分集和時(shí)間分集抵抗衰落對(duì)信號(hào)的影響，以此獲得高質(zhì)量的通信性能。5)多用戶檢測(cè) 基于RAKE接收機(jī)原理的CDMA接收機(jī)將其它用戶的信號(hào)均視為干擾信號(hào)，但是經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的接收機(jī)可以檢測(cè)所有信號(hào)或從指定的信號(hào)中減去其它信號(hào)的干擾。當(dāng)新的用戶或干擾用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其它用戶的服務(wù)質(zhì)量將會(huì)下降，網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力越強(qiáng)，可以服務(wù)的用戶數(shù)就越多。影響一個(gè)基站或移動(dòng)臺(tái)的多路接入干擾是小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間干擾的總和。 多用戶檢測(cè)（MUD）也叫做聯(lián)合檢測(cè)，它降低了多路接入干擾的影響，因而增加了系統(tǒng)的容量。同時(shí)MUD顯著的降低了CDMA系統(tǒng)的遠(yuǎn)近效應(yīng)。6)RAKE接收RAKE接收機(jī)也稱為多徑接收機(jī)，是指移動(dòng)臺(tái)中有多個(gè)RAKE接收機(jī)，因?yàn)闊o(wú)線信號(hào)傳播中存在多徑效應(yīng)，所以基站發(fā)出的信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)不同的路徑到達(dá)移動(dòng)臺(tái)，經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)移動(dòng)臺(tái)處的信號(hào)的時(shí)間是不同的，如果兩個(gè)信號(hào)到達(dá)移動(dòng)臺(tái)處的時(shí)間差超過(guò)了一個(gè)信號(hào)碼元的寬度，RAKE接收機(jī)就可將它們分別成功解調(diào)，移動(dòng)臺(tái)將各個(gè)RAKE接收機(jī)接收到的信號(hào)進(jìn)行矢量相加，每個(gè)接收機(jī)可單獨(dú)接收一路多徑信號(hào)，這樣移動(dòng)臺(tái)就可以處理多個(gè)多徑分量，從而達(dá)到抗多徑衰落的目的，提高移動(dòng)臺(tái)的接收性能?；緦?duì)每個(gè)移動(dòng)臺(tái)信號(hào)的接收也采用多個(gè)RAKE接收機(jī)。另外，在移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行軟切換時(shí)，正是由于使用不同的RAKE接收機(jī)接收不同基站的信號(hào)才得以實(shí)現(xiàn)。 7)功率控制技術(shù)由于CDMA系統(tǒng)不同用戶同一時(shí)間采用相同的頻率，因此上CDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，如果系統(tǒng)采用的擴(kuò)頻碼不是完全正交的，將會(huì)造成相互之間的干擾。在一個(gè)CDMA系統(tǒng)中，每一個(gè)碼分信道都會(huì)受到來(lái)自其它信道的干擾，這種干擾是一種固有的干擾。由于各個(gè)用戶距離基站的距離不同，使得基站接收到各個(gè)用戶的信號(hào)強(qiáng)弱不同，由于信號(hào)間存在干擾，尤其是強(qiáng)信號(hào)會(huì)對(duì)弱信號(hào)造成很大的干擾，因此必須采用某種方式來(lái)控制各用戶的發(fā)射功率，使各用戶到達(dá)基站的信號(hào)強(qiáng)度基本相同。 CDMA系統(tǒng)的容量主要受限于系統(tǒng)內(nèi)部移動(dòng)臺(tái)的相互干擾，所以每個(gè)移動(dòng)臺(tái)的信號(hào)達(dá)到基站時(shí)都將達(dá)到所需的最小信噪比，系統(tǒng)容量將會(huì)達(dá)到最大。綜上對(duì)CDMA技術(shù)的了解，我們知道CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)是由擴(kuò)頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術(shù)結(jié)合而成，在頻域、時(shí)域和碼域進(jìn)行協(xié)作處理的，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密安全性高等，同頻率可以在多個(gè)小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，容量和質(zhì)量之間可進(jìn)行權(quán)衡取舍，所以對(duì)于CDMA系統(tǒng)的研究也是近年來(lái)的熱點(diǎn)。2.2 CDMA的基本原理CDMA技術(shù)，其基礎(chǔ)是擴(kuò)頻通信技術(shù)。擴(kuò)頻系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：1) 抗干擾能力 由于利用了擴(kuò)展頻譜技術(shù)，將信號(hào)擴(kuò)展到很寬的頻帶上，在接收端對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，使其恢復(fù)成窄帶信號(hào)。對(duì)于干擾信號(hào)而言，由于與擴(kuò)頻信號(hào)不相關(guān)，則被擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上，使之進(jìn)入信號(hào)通頻帶內(nèi)的干擾功率大大降低了，相應(yīng)地增加了相關(guān)器輸出端的信干比，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力。擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力主要取決于系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益，也就是處理增益。對(duì)大多數(shù)人為干擾來(lái)說(shuō)，擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的對(duì)抗能力。2) 可進(jìn)行多址通信擴(kuò)頻通信本身就是一種多址通信，即擴(kuò)頻多址，用不同的擴(kuò)頻碼構(gòu)成了不同的網(wǎng)絡(luò)，類似于碼分多址。雖然擴(kuò)頻系統(tǒng)占據(jù)了很寬的頻帶去完成信息傳輸，但其很強(qiáng)的多址能力保證了它的高的頻譜利用率。3) 安全保密 擴(kuò)頻通信也是保密通信。擴(kuò)頻系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)的譜密度低，近似于噪聲，有的系統(tǒng)可在-20 -15dB信噪比條件下進(jìn)行工作，對(duì)方很難測(cè)出信號(hào)參數(shù)，從而達(dá)到安全保密通信的目的。擴(kuò)頻信號(hào)還可以進(jìn)行信息加密，如果要截獲和竊聽(tīng)擴(kuò)頻信號(hào)，則必須知道擴(kuò)頻系統(tǒng)所用的偽隨機(jī)碼，并且與系統(tǒng)完全同步，這樣是很難做到的，從而起到了保護(hù)信息的作用。4) 數(shù)模兼容擴(kuò)頻系統(tǒng)既能傳輸數(shù)字信號(hào)，也能傳輸模擬信號(hào)。5) 抗衰落 由于擴(kuò)頻信號(hào)的頻帶很寬，當(dāng)遇到衰落時(shí)，如頻率選擇性衰落，它只影響到擴(kuò)頻信號(hào)的一小部分，因而對(duì)整個(gè)信號(hào)的頻譜影響不大。6) 抗多徑多徑問(wèn)題是通信中特別是移動(dòng)通信中必須面對(duì)卻難以解決的問(wèn)題，而擴(kuò)頻技術(shù)本身具有很強(qiáng)的抗多徑能力，只要滿足一定的條件，就可以達(dá)到抗干擾甚至可以利用多徑能量來(lái)提高系統(tǒng)性能的目的。2.2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)擴(kuò)頻通信技術(shù)，即擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum Communication），它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被稱為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。2.2.2 擴(kuò)頻通信的理論基礎(chǔ)擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)是香農(nóng)（Shannon）公式。香農(nóng)在信息論的研究中得出了信道容量的公式： 式中：C：信道容量，單位bit/s；B：信號(hào)頻帶寬度，單位Hz；S：信號(hào)平均功率，單位W；N：噪聲平均功率，單位W。這個(gè)公式指出：如果信道容量C不變，則信號(hào)帶寬B和信噪比S/N是可以互換的。只要增加信號(hào)帶寬，就可以在較低的信噪比的情況下，以相同的信息速率來(lái)可靠地傳輸信息。甚至在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下，只要相應(yīng)地增加信號(hào)帶寬，仍然能保持可靠的通信。也就是說(shuō)，可以用擴(kuò)頻方法以寬帶傳輸信息來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處。2.2.3 擴(kuò)頻與解擴(kuò)頻過(guò)程擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息的傳輸方式，在發(fā)送端采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，使信號(hào)所占的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的帶寬。在接收端采用相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相干解調(diào)來(lái)恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù),下圖表明了整個(gè)擴(kuò)頻與解擴(kuò)頻過(guò)程。1)信息數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)常規(guī)的數(shù)據(jù)調(diào)制，變成窄帶信號(hào)（假定帶寬為B1）。2)窄帶信號(hào)經(jīng)擴(kuò)頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻調(diào)制，形成功率譜密度極低的寬帶擴(kuò)頻信號(hào)（假定帶寬為B2，B2遠(yuǎn)大于B1）。窄帶信號(hào)以PN碼所規(guī)定的規(guī)律分散到寬帶上后，被發(fā)射出去。3)在信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些干擾噪聲（窄帶噪聲、寬帶噪聲）。4)在接收端，寬帶信號(hào)經(jīng)過(guò)與發(fā)射時(shí)相同的偽隨機(jī)編碼擴(kuò)頻解調(diào)，恢復(fù)成常規(guī)的窄帶信號(hào)。即依照PN碼的規(guī)律從寬帶中提取與發(fā)射對(duì)應(yīng)的成份積分起來(lái)，形成普通的窄帶信號(hào)。再用常規(guī)的通信處理方式將窄帶信號(hào)解調(diào)成信息數(shù)據(jù)。干擾噪聲則被解擴(kuò)成跟信號(hào)不相關(guān)的寬帶信號(hào)。圖2.1 擴(kuò)頻與解擴(kuò)過(guò)程2.2.4 CDMA擴(kuò)頻通信原理碼分多址使用一組正交（或準(zhǔn)正交）的偽隨機(jī)碼（PN）序列，通過(guò)相關(guān)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享空間傳輸?shù)念l率資源和同時(shí)入網(wǎng)接續(xù)的功能。CDMA采用直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)。所謂直接序列擴(kuò)頻就是直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)送端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息。直擴(kuò)通信原理如下圖所示：擴(kuò)頻通信在發(fā)送端輸入信息經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)頻譜。展寬以后的信號(hào)再對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制。通過(guò)射頻功率放大送到天線發(fā)射出去。在接收端從接收天線收到的寬帶射頻信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)輸入電路、高頻放大器，被送入變頻器，下變頻至中頻；然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端完全相同的擴(kuò)頻碼序列去解擴(kuò)；最后經(jīng)信號(hào)解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。+=+=信號(hào)1.2288Mbps1.2288Mbps擴(kuò)頻載波調(diào)制載波調(diào)制解擴(kuò)頻圖2.2 CDMA擴(kuò)頻通信原理圖信號(hào)通過(guò)擴(kuò)頻后信號(hào)的波形變化如下圖所示。 圖 2.3 擴(kuò)頻與解擴(kuò)后波形變化擴(kuò)頻處理采用模2加運(yùn)算，等價(jià)于二進(jìn)制異或邏輯運(yùn)算。擴(kuò)頻后的碼元稱為碼片（chip），其速率稱為碼速，單位是chip/s。擴(kuò)頻增益等于碼速率與輸入信號(hào)的比值。奈奎斯特定理表明，脈沖信號(hào)的頻譜帶寬與其脈沖寬度成反比。上圖中信號(hào)的脈沖寬帶很寬，擴(kuò)頻后脈沖寬度很窄，因此擴(kuò)頻前信號(hào)的頻譜一定很窄，而擴(kuò)頻后信號(hào)的頻譜一定很寬，這是擴(kuò)頻名稱的由來(lái)。通常CDMA可以采用連續(xù)多個(gè)擴(kuò)頻序列進(jìn)行擴(kuò)頻，然后以相反的順序進(jìn)行頻譜壓縮，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。本章小結(jié) 本章首先介紹了CDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，接著重點(diǎn)對(duì)CDMA系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行介紹，提出CDMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)是擴(kuò)頻技術(shù)，并對(duì)擴(kuò)頻的過(guò)程與原理進(jìn)行介紹。第三章 多用戶檢測(cè)技術(shù)的基本理論CDMA通信系統(tǒng)中主要干擾為碼間干擾和多址干擾（MAI），當(dāng)同時(shí)通信的用戶數(shù)較多時(shí)，MAI成為最主要的干擾。MAI不僅嚴(yán)重影響系統(tǒng)的抗干擾性能，而且也限制了系統(tǒng)容量的提高。碼分多址的基本通信方式是直接序列擴(kuò)頻通信方式：DS-CDMA，即一個(gè)用戶使用一個(gè)擴(kuò)頻碼(即一個(gè)碼道)。如何在存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題的DS-CDMA系統(tǒng)最可靠地檢測(cè)出各用戶發(fā)送的信碼是DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中目前存在的主要問(wèn)題?？朔嘀犯蓴_的主要措施：在DS-CDMA通信系統(tǒng)中，克服多址干擾，成為增加系統(tǒng)容量，擴(kuò)大系統(tǒng)覆蓋范圍，改善系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。克服多址干擾有以下主要措施：1) 碼形設(shè)計(jì)例如采用完全同步的碼分多址方式設(shè)計(jì)一組完全正交的互相關(guān)為零的擴(kuò)頻地址碼，如Walsh函數(shù)碼。用戶在完全同步并采用理想正交擴(kuò)頻碼的條件下，各用戶之間是不會(huì)產(chǎn)生多址干擾的。但在實(shí)際情況下，多用戶干擾總是存在的。在多徑衰落信道中，理想的完全同步是難以實(shí)現(xiàn)的，因此擴(kuò)頻碼也難以保證完全的正交性。同時(shí)具有理想自相關(guān)和理想互相關(guān)特性的二進(jìn)制擴(kuò)頻碼是不存在的，這就是著名的Walsh界。多址干擾是由于擴(kuò)頻碼的互相關(guān)函數(shù)不為零引起的，顯然互相關(guān)性越小，多址干擾的影響就越小。工程實(shí)用化的碼形設(shè)計(jì)中，如果是同步碼分體制，可采用理想互相關(guān)特性的碼形，比如Walsh碼，在異步碼分體制中，要選用互相關(guān)函數(shù)較小的擴(kuò)頻序列與碼組。2) 功率控制技術(shù)由于蜂窩移動(dòng)通信中，用戶是在隨機(jī)移動(dòng)的，因此基站接收到來(lái)自距離基站近的用戶信號(hào)的功率比接收到來(lái)自距離基站較遠(yuǎn)的用戶信號(hào)的功率大，同時(shí)由于器件的非線性特性將會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)者越強(qiáng)、弱者越弱的現(xiàn)象。遠(yuǎn)近效應(yīng)將會(huì)使多址干擾的影響更加嚴(yán)重，為了克服這一現(xiàn)象，工程上采用功率控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同遠(yuǎn)近用戶到達(dá)基站接收點(diǎn)的功率或信噪比平衡一致。顯然功率控制只能盡可能減少多址干擾的影響，而并不能從根本上消除多址干擾的影響。3) 空間濾波技術(shù)基本思路是將小區(qū)內(nèi)的多址干擾按區(qū)域?qū)⒋髤^(qū)劃分為小區(qū)，將多用戶的干擾從整個(gè)小區(qū)劃分到局限于若干個(gè)小區(qū)的局部小區(qū)，以達(dá)到在每個(gè)子小區(qū)內(nèi)減少多用戶干擾影響的目的，在具體實(shí)現(xiàn)上可采用多扇區(qū)化和智能天線技術(shù)。多扇區(qū)化，即將一個(gè)小區(qū)劃分為空間相互獨(dú)立的若干個(gè)扇區(qū)，比如三扇區(qū)、六扇區(qū)等，用扇區(qū)設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到隔離扇區(qū)間的多用戶干擾。智能天線技術(shù)，即采用更多更窄的動(dòng)態(tài)波束來(lái)隔離空間多用戶干擾，若能達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)波束跟蹤一個(gè)用戶，則基本上從空間上隔離和消除了多址干擾。4) 多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)技術(shù)是引用信息論并通過(guò)嚴(yán)格的理論分析后提出的一種新型抗多址干擾技術(shù)。通過(guò)多用戶檢測(cè)不僅可以抵抗多址干擾，又可以抵抗遠(yuǎn)近效應(yīng)和多徑效應(yīng)。多用戶檢測(cè)技術(shù)是一種有效的解決辦法，因?yàn)槎嘤脩魴z測(cè)算法正是利用擴(kuò)頻信號(hào)之間的互相關(guān)性來(lái)減少或消除多址干擾，從而達(dá)到增加系統(tǒng)容量、提高接收機(jī)的性能、緩解遠(yuǎn)近效應(yīng)的目的。多用戶檢測(cè)技術(shù)對(duì)于DS-CDMA通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)極有意義的研究工作。3.1 CDMA通信系統(tǒng)模型碼分多址(CDMA)是建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)之上，利用擴(kuò)頻碼通信技術(shù)解決無(wú)線通信的選址問(wèn)題。不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來(lái)區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來(lái)觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出其中使用預(yù)定碼型的信號(hào)，其它使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。DS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本原理框圖。如圖2.1：信源擴(kuò)頻調(diào) 制編碼發(fā)送調(diào) 制信道多址干擾高斯白噪聲偽碼生 成信宿譯碼接擴(kuò)統(tǒng)計(jì)判 決解調(diào)偽 碼 生 成圖3.1 DS-CDMA系統(tǒng)的原理方框圖3.2多用戶檢測(cè)的基本原理3.2.1多用戶檢測(cè)的基本思想在傳統(tǒng)的CDMA接收機(jī)中都將MAI看作為等效白噪聲的無(wú)用信息來(lái)處理，這是一種消極的處理方法。實(shí)際上MAI本質(zhì)上并不是純粹無(wú)用的白噪聲，而是有著強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列信號(hào)。在用戶間的相關(guān)函數(shù)都是已知的情況下，從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機(jī)序列的己知結(jié)構(gòu)信息來(lái)進(jìn)一步消除它所帶來(lái)的負(fù)面影響，以達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。多用戶檢測(cè)是引用信息論并通過(guò)嚴(yán)格的理論分析后提出的一種新型抗多址干擾的技術(shù)，它是從改變接收機(jī)結(jié)構(gòu)方面著手的。采用多用戶檢測(cè)的接收機(jī)改變了CDMA系統(tǒng)干擾受限的本質(zhì)，充分利用了擴(kuò)頻碼的己知結(jié)構(gòu)信息。多用戶檢測(cè)提出的基本思想:1)基于信息論中的最優(yōu)信號(hào)檢測(cè)理論，尋求蜂窩式碼分多址的多用戶最優(yōu)聯(lián)合檢測(cè)理論。2)充分利用擴(kuò)頻碼的己知結(jié)構(gòu)信息，實(shí)際上不論多徑干擾還是多址干擾，本質(zhì)上并不是純粹無(wú)用的白噪聲，而是有著強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的偽隨機(jī)序列信號(hào)，而且用戶間與各條路徑間的相關(guān)函數(shù)都是已知的，因而從理論上看，完全有可能利用這些偽隨機(jī)序列的已知結(jié)構(gòu)信息和統(tǒng)計(jì)信息來(lái)進(jìn)一步消除它所帶來(lái)的負(fù)面影響，以達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。3)多徑干擾和多址干擾其實(shí)質(zhì)是一樣的，都來(lái)源于偽隨機(jī)序列，可以利用擴(kuò)頻碼的己知結(jié)構(gòu)信息與統(tǒng)計(jì)信息，消除多徑干擾和多址干擾，同時(shí)也就消除和減弱了遠(yuǎn)近效應(yīng)。4) 最優(yōu)的聯(lián)合檢測(cè)方案是可行的。在對(duì)多個(gè)用戶的匹配濾波器接收的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多用戶聯(lián)合檢測(cè)，并充分利用己知偽碼結(jié)構(gòu)與統(tǒng)計(jì)信息，設(shè)法消除其它用戶的干擾，理論上是完全可行的。3.2.2多用戶檢測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的單用戶檢測(cè)接收機(jī)是將多址干擾、多徑干擾當(dāng)作等效加性高斯白噪聲來(lái)處理，這是一種消極處理方式。它采用擴(kuò)頻碼匹配濾波器結(jié)構(gòu)，利用擴(kuò)頻碼之間的準(zhǔn)正交性來(lái)分離各用戶的信號(hào)。如圖2.1所示，接收端用一個(gè)和發(fā)送地址碼(擴(kuò)頻波形)相匹配的相關(guān)器(匹配濾波器)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在相關(guān)器后直接判決。如圖3.2所示：匹配濾波器（用戶1）匹配濾波器（用戶K）用戶準(zhǔn)則（用戶1）用戶準(zhǔn)則（用戶K）輸入接收信號(hào)輸出判決結(jié)果輸出判決結(jié)果.圖3.2傳統(tǒng)檢測(cè)器的一般結(jié)構(gòu)圖每一個(gè)濾波器與一個(gè)不同用戶的特征波形匹配。在同步情況下，匹配濾波器組的輸出為：. 在有K個(gè)用戶的同步基帶DS-CDMA系統(tǒng)中，考慮高斯白噪聲信道，在接收端，基帶接收信號(hào)可以描述成：= (3.1)其中，T是字符間隔(每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間)，表示第k個(gè)用戶的信號(hào)幅度，(j)-1,1是第k個(gè)用戶發(fā)送的比特?cái)?shù)據(jù)（信息序列），n(t)是具有單位功率譜密度的加性高斯白噪聲。假定所有的信息序列都是等概的，則可以在上中取j=0，得到簡(jiǎn)化的信號(hào)模型：= (3.2)是分配給第k個(gè)用戶的特征波形，可表示為: (3.3)在上式中，是一個(gè)持續(xù)時(shí)間為的方波，是擴(kuò)頻信號(hào)碼片的持續(xù)時(shí)間，-1,+1是第k個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列的第k個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列的第個(gè)比特值。通常我們將擴(kuò)頻信號(hào)的長(zhǎng)度設(shè)定為一個(gè)碼元長(zhǎng)度，因此是擴(kuò)頻序列的碼片數(shù)量。 一般來(lái)說(shuō)，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)或仿真分析時(shí)，我們需要將各個(gè)用戶的擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，使其具有單位能量，即： = (3.4) 將接收到的連續(xù)時(shí)間波形，式(3.2)先通過(guò)匹配濾波器組，然后對(duì)各路匹配濾波器輸出進(jìn)行采樣，其中每一個(gè)濾波器與一個(gè)用戶的特征波形匹配。同步情況下，匹配濾波器的輸出為：= (3.5)將(3.2)代入(3.5)中，我們可以得到第k個(gè)匹配濾波器的離散時(shí)間輸出可表示為：= = =+ =+ (3.6)式中是第個(gè)和第個(gè)用戶特征波形的互相關(guān)，定義為：= (3.7)而為高斯隨機(jī)噪聲過(guò)程，它的均值為0，方差為，定義為：。 (3.8)式(3.6)可以用向量形式表示為： (3.9)上式中，, 并記歸一化的互相關(guān)矩陣=，其對(duì)角元素=1。為相關(guān)陣，每一對(duì)碼字的部分相關(guān)值，其中等于用戶數(shù)，每個(gè)用戶的比特?cái)?shù)，是零均值的高斯隨機(jī)向量，其協(xié)方差矩陣為。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法只是對(duì)y作了簡(jiǎn)單的判決=(),把多址干擾當(dāng)作高斯白噪聲處理，沒(méi)有能夠利用其他的有用信息，造成了信息的浪費(fèi)，并且抗干擾能力差。而多用戶檢測(cè)技術(shù)，以傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，很好的利用了造成多址干擾的其他有用信息，對(duì)單個(gè)用戶的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，有很好的抗干擾性能，充分的利用了頻譜資源。下來(lái)我們對(duì)多用戶檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究。多用戶檢測(cè)接收機(jī)則充分利用有用的已知結(jié)構(gòu)信息與統(tǒng)計(jì)信息聯(lián)合檢測(cè)，如圖3.3所示：多用戶檢測(cè)匹配濾波器（用戶1）輸入判決結(jié)果輸入判決結(jié)果.輸入接收 信號(hào)接收信號(hào)圖3.3多用戶檢測(cè)器的一般結(jié)構(gòu)圖匹配濾波器（用戶K）3.3 多用戶檢測(cè)器的分類自從1986年Verdu提出多用戶檢測(cè)理論以來(lái)，多用戶檢測(cè)的研究迅速成為了CDMA蜂窩移動(dòng)通信，特別是第三代移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前已提出的多種多用戶檢測(cè)(MUD)方法可從不同角度進(jìn)行分類：按處理方法可分為線性和非線性兩大類；按檢測(cè)器處理信息時(shí)需要知道期望用戶信息量的多少，又可分為盲和非盲多用戶檢測(cè)器。線性多用戶檢測(cè)器包括解相關(guān)檢測(cè)、最小均方誤差檢測(cè)；非線性檢測(cè)主要包括串行干擾抵消算法、并行干擾抵消算法、解相關(guān)判決反饋等。就目前廣泛研究的多用戶檢測(cè)技術(shù)，按其研究方向可以大致分類如圖2.4。解相關(guān)檢測(cè)最小均方誤差檢測(cè)最小輸入能量算法恒模（CMA）算法Kalman濾波檢測(cè)基于子空間的算法圖3.4 多用戶檢測(cè)技術(shù)的分類圖盲檢測(cè)解相關(guān)判決反饋非盲檢測(cè)串行干擾檢測(cè)并行干擾檢測(cè)最優(yōu)多用戶檢測(cè)非線性檢測(cè)次優(yōu)多用戶檢測(cè)線性檢測(cè)多用戶檢測(cè)3.4 最優(yōu)多用戶檢測(cè)器1986年，Verdu等人提出了最早的高斯信道下的多用戶檢測(cè)器：最優(yōu)多用戶檢測(cè)器。在各用戶發(fā)射信號(hào)先驗(yàn)等概的情況下，最佳多用戶檢測(cè)器就是一個(gè)最大似然準(zhǔn)則的多用戶檢測(cè)器，它采用Bayes后驗(yàn)概率最大的原理，其目標(biāo)是尋找使似然函數(shù)最大的序列，這樣的序列與發(fā)射信號(hào)集序列差錯(cuò)最小。 具體說(shuō)來(lái)，就是求b使似然函數(shù)： (3.10)最大化，其中式中 (3.11)定義那么式(3.10)的最大化等價(jià)于選擇b使 = (3.12)最大化。似然函數(shù)取最大值時(shí)，解調(diào)出來(lái)的b的誤碼率最小。遍歷所有2k個(gè)可能解的組合，從中找出使函數(shù)值最大的一個(gè)作為檢測(cè)結(jié)果。該方法具有與用戶數(shù)量成指數(shù)關(guān)系的計(jì)算復(fù)雜度，即。 最優(yōu)多用戶檢測(cè)器的抗遠(yuǎn)近能力是重要的，因?yàn)樗侨魏我环N多用戶檢測(cè)器所能達(dá)到的抗遠(yuǎn)近能力的最小上界，而且也是任何一種次最優(yōu)檢測(cè)器相對(duì)性能的一個(gè)測(cè)度。鑒于此，最優(yōu)多用戶檢測(cè)器的抗遠(yuǎn)近能力常簡(jiǎn)稱為最優(yōu)抗遠(yuǎn)近能力。雖然最優(yōu)多用戶檢測(cè)器在理論上可以獲得最小的誤碼率，提供最佳的檢測(cè)性能。但是，這種檢測(cè)器并不適合實(shí)際應(yīng)用，主要是因?yàn)檫@種算法的計(jì)算復(fù)雜度為，和用戶個(gè)數(shù)成指數(shù)關(guān)系，計(jì)算量太大，需要知道接收信號(hào)過(guò)多的信息。例如所有用戶準(zhǔn)確的擴(kuò)頻波形、幅度、相位等，這些需要通過(guò)估計(jì)來(lái)得到，在實(shí)際系統(tǒng)中一般難以滿足。所以它僅具有理論上的意義，根本無(wú)法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。因此，尋找計(jì)算比較簡(jiǎn)單，同時(shí)又能夠近似實(shí)現(xiàn)最優(yōu)檢測(cè)的誤碼性能，對(duì)遠(yuǎn)近問(wèn)題不敏感的次優(yōu)檢測(cè)方法成了此領(lǐng)域內(nèi)主要的研究方向。3.5 次優(yōu)多用戶檢測(cè)器 次優(yōu)多用戶檢測(cè)方案基本上可以分為兩大類：非線性檢測(cè)和線性檢測(cè)。3.5.1 非線性多用戶檢測(cè) 非線性多用戶檢測(cè)中最主要的方法是干擾抵消多用戶檢測(cè)。干擾抵消檢測(cè)器主要是利用反饋來(lái)減少多址干擾。它的基本原理是：從存在多址干擾的信號(hào)中提取期望用戶信號(hào)，首先必須恢復(fù)干擾信號(hào)，即其它用戶信號(hào)，然后從整個(gè)接收信號(hào)中減去這些多址干擾信號(hào)，最終獲得期望用戶信號(hào)。非線性多用戶檢測(cè)技術(shù)包含若干算法，目前研究最多的是基于判決反饋的多址干擾抵消檢測(cè)技術(shù)，干擾抵消檢測(cè)器一般由多級(jí)組成，其基本思想是在接收端對(duì)每個(gè)用戶的多址干擾進(jìn)行估計(jì)，然后從接收信號(hào)中部分或全部消除多址干擾。主要包括串行干擾抵消檢測(cè)、并行干擾抵消檢測(cè)和判決反饋檢測(cè)。1) 串行干擾抵消檢測(cè)器串行干擾抵消檢測(cè)器是一個(gè)簡(jiǎn)單而又自然的想法：如果已經(jīng)做出了某個(gè)干擾用戶的比特判決，那么這個(gè)干擾信號(hào)就可以在接收端再生并從接收信號(hào)中減去。只有當(dāng)比特判決正確時(shí)，這個(gè)干擾信號(hào)才可以被真正的抵消掉，否則將會(huì)引起誤差傳播。串行干擾抵消檢測(cè)器，它有多級(jí)組成，每一級(jí)只檢測(cè)一個(gè)用戶信號(hào)。多級(jí)結(jié)構(gòu)將上一級(jí)的輸出信號(hào)作為下一級(jí)的輸入信號(hào)，即當(dāng)前級(jí)的檢測(cè)器利用前一級(jí)的檢測(cè)結(jié)果對(duì)多址干擾進(jìn)行估計(jì)，并將它從接收信號(hào)中消去用此來(lái)提高當(dāng)前級(jí)檢測(cè)的精度。接收機(jī)首先使用傳統(tǒng)的方法對(duì)用戶信號(hào)功率進(jìn)行估計(jì)，對(duì)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行排序，然后按功率從高到低的順序依次對(duì)用戶信號(hào)進(jìn)行估計(jì)和消除。按信號(hào)強(qiáng)度由強(qiáng)到弱依次抵消多址干擾的原因是在于：最容易得到最強(qiáng)用戶的信號(hào)解調(diào)(正確判決的概率最大)。對(duì)于最弱的信號(hào)用戶來(lái)說(shuō)，這種算法在減少多址干擾方面獲得了改善。但是，如果起始數(shù)據(jù)估計(jì)不可靠，串行干擾檢測(cè)器將對(duì)下級(jí)產(chǎn)生較大的干擾，這樣便會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真。所以，最強(qiáng)用戶估計(jì)的是至關(guān)重要的。每一級(jí)對(duì)消將會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)延，這樣在比特時(shí)延與對(duì)消的用戶數(shù)目上必須折中。一旦信號(hào)的功率值發(fā)生變化，就要對(duì)各用戶根據(jù)信號(hào)功率進(jìn)行重新排序，這樣又必須在處理器的復(fù)雜度與可接受的功率精度上進(jìn)行折中。另外，逐級(jí)干擾對(duì)消檢測(cè)器的性能很大程度上取決于用戶功率的分布，如果接收端的各用戶的信號(hào)功率大致相等，其性能要比多級(jí)多用戶檢測(cè)器的性能差得多。串行干擾抵消檢測(cè)器所需要的假定知識(shí)包括：期望用戶的定時(shí)信息，干擾用戶的定時(shí)信息，期望用戶和干擾用戶的特征波形以及它們的接收信號(hào)幅值。同步信道下其計(jì)算復(fù)雜度與用戶數(shù)是成線性關(guān)系，即復(fù)雜度為。但是不足之處是：每一級(jí)都有延時(shí)，當(dāng)信號(hào)功率強(qiáng)度順序發(fā)生變化時(shí)需要重新排序，如果初始數(shù)據(jù)判決不可靠。2) 并行干擾抵消檢測(cè)器在串行干擾抵消檢測(cè)器中，用戶抵消的順序會(huì)很大程度上影響到單個(gè)用戶性能，而并行干擾抵消檢測(cè)器(PIC)則很好的緩解了這個(gè)技術(shù)缺陷。并行干擾抵消檢測(cè)器的思路是對(duì)每一個(gè)用戶的匹配濾波器輸出做出初始判決，用它去估計(jì)多址接入干擾，并從初始的輸出中減去而得到更接近真實(shí)發(fā)送信號(hào)的輸出，接著再做判決、估計(jì)，如此循環(huán)往復(fù)，直到得到期望的性能指標(biāo)。 并行干擾抵消器的設(shè)計(jì)思想和串行干擾抵消器基本相同，但是由于并行干擾抵消檢測(cè)器是并行處理的，克服了串行干擾抵消檢測(cè)器大的延