論文題目：多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)在c d m a 系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究 專(zhuān)業(yè)：通信與信息系統(tǒng) 碩士生：田磊 指導(dǎo)教師：李白萍 摘要 ( 簽名) ( 簽名) 坌皇蔓 在c d m a 通信系統(tǒng)中，由于多個(gè)用戶(hù)的隨機(jī)接入，所使用的擴(kuò)頻碼集一般并非嚴(yán) 格正交，碼片之間的非零互相關(guān)系數(shù)將引起各用戶(hù)間的干擾，即為多址干擾。多址干擾 的存在不僅會(huì)嚴(yán)重限制系統(tǒng)的容量，而且強(qiáng)的多址信號(hào)還會(huì)淹沒(méi)弱的用戶(hù)信號(hào)。為了能 夠有效的抑制c d m a 移動(dòng)通信系統(tǒng)中的多址干擾，多用戶(hù)檢測(cè)的研究成為現(xiàn)在通信領(lǐng) 域的研究熱點(diǎn)。 本文首先對(duì)理論上及性能上接近最佳多用戶(hù)檢測(cè)的次最佳多用戶(hù)檢測(cè)進(jìn)行理論研 究，計(jì)算并分析了解相關(guān)檢測(cè)器、最小均方誤差檢測(cè)器( m m s e ) 、最佳線(xiàn)性檢測(cè)器的 性能指標(biāo)( 輸出能量、信噪比、漸近有效性、誤碼率以及收斂特性等) 。 其次，對(duì)解相關(guān)檢測(cè)器、最小均方誤差檢測(cè)器( m m s e ) 的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了仿 真驗(yàn)證，并對(duì)單用戶(hù)檢測(cè)器、傳統(tǒng)檢測(cè)器、解相關(guān)檢測(cè)器、最小均方誤差檢測(cè)器進(jìn)行了 比較說(shuō)明。仿真結(jié)果表明解相關(guān)檢測(cè)器和最小均方誤差檢測(cè)器具有優(yōu)良的收斂性能，并 且信噪l p , 5 f n 誤碼率也達(dá)到了較為理想的效果。 最后，在對(duì)線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)器深入研究的基礎(chǔ)上，對(duì)基于信號(hào)子空間的盲多用戶(hù)檢 測(cè)算法進(jìn)行了理論研究和仿真。從理論上對(duì)這種算法進(jìn)行分析的同時(shí)，進(jìn)行了相關(guān)的仿 真驗(yàn)證，結(jié)果證明了s i n r 和b e r 取得的良好效果。 關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信；c d m a 系統(tǒng)；多用戶(hù)檢測(cè)；子空間；第三代移動(dòng)通信系統(tǒng) 研究類(lèi)型：理論研究 s u b j e e t ：t h ea p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho fm u l t i - u s e rd e t e c t o ri nt h e c d m a s y s t e m s p e c i a l t y ：c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m n a m e：t i a n l e i i n s t r u c t o r ：l ib a i p i n g ( s i g n a t u r e )叢 ( s i g n a t u r e 幽擴(kuò) a b s t r a c t i nc d m am o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，b e c a u s eo ft h em u l t i u s e r sa c c e s s ，t h es p r e a d s p e c t r u mc o d et h e yu s e da r en o r m a l l yn o tq u a d r a t u r er i g i d l y t h en o n z e r oc r o s sc o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n tb e t w e e nc o d e sw i l la r o u s et h ei n t e r f e r e n c eb e t w e e nt h eu s e r s ，w h i c hi sc a l l e d m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e ( m a i ) t h ee x i s t e n c eo ft h em a lw i l ln o to n l yr e s t r i c tt h e c a p a c i t yo ft h es y s t e mb u ta l s os u b m e r g e dt h ep o o rs i g n a l s om u di sb e c o m i n gi n t ot h e h o t s p o ti nt h ec o m m u n i c a t i o nr e s e a r c h f i r s t l y ，t h em u l t i u s e rd e t e c t o rt h a tr e l a t i v e l yi n t e g r i t yi nt h e o r ya n dp r o x i m a lt oo p t i m a l m u l t i - u s e rd e t e c t o ri sd i s c u s s e da n dd e c o re l a t i n gd e t e c t o r ( d e c ) ，m i n i m u mm e a ns q u a r e e r r o rd e t e c t o r ( m m s e ) ，o p t i m a ll i n e a rd e t e c t o rt o g e t h e rw i t ht h em u l t i c a p a b i l i t yi n d e x e s ( o u t p u te n e r g ns n r ，b i te r r o rr a t e ，a s y m p t o t i ce f f i c i e n c y ，c o n v e r g e n c ee t c ) a r es t u d i e da n d a n a l y z e di nt h i st h e s i s ， s e c o n d l ns i m u l a t e da n dc o m p a r e da l lk i n d so fc a p a b i l i t yi n d e x e sw i t h i nt h es i n g l eu s e r d e t e c t o r ，t r a d i t i o n a ld e t e c t o r ，d e ca n dm m s ed e t e c t o r s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h ed e ca n d m m a ed e t e c t o r sh a v eab e r e rc o n v e r g e n c ec a p a b i l i t y a tt h es a m et i m e ，t h es n ra n dt h e b e ra c h i e v e dap e r f e c te f f e c t l a s t l y , o nt h eb a s eo fd e e pr e s e a r c ho fl i n e a r i t ym u l t i u s e rd e t e c t o la n a l y z ea n dp l e n t i f u l s i m u l a t et h eb l i n dm u l t i - u s e rd e t e c t o r sb a s e do nt h es i g n a ls u b s p a c ei nm a t l a b a l o n gw i t h t h ea n a l y z e ri nt h et h e o r y , d i ds o m ek i n d so fs i m u l a t i o n s t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h i s a r i t h m e t i ch a sag o o dr e s u l ta b o u ts n ra n db e r a tt h es a m et i m e ，p u to u ts o m ev i e w so n t h ef u t u r e k e y w o r d s ：s p r e a d s p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n c d m a s y s t e m m u l t i u s e rd e t e c t i o n s i g n a ls u b s p a c e 3 g t h e s i s ：t h e o r e t i c a lr e s e a r c h 西要料技大學(xué) 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 9 2 3 0 9 8 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 其取得研究成果。盡我所知，除了文中加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含 其他人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得西安科技大學(xué) 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所 做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 1| 學(xué)位論文作者簽名：鋤日期：沙名、 印形 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明書(shū) 本人完全了解學(xué)校有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間 論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬于西安科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或 機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。本人允許論文被查閱和借閱。學(xué)校可以將本學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描 等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課 題再撰寫(xiě)的文章一律注明作者單位為西安科技大學(xué)。 保密論文待解密后適用本聲明。 學(xué)位論文作者簽名：飛勿扔 指導(dǎo)教師簽名： 毋秭耋瑰 年厶月日 1 緒論 1 緒論 1 1 引言 第一代蜂窩移動(dòng)網(wǎng)是模擬系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)信道都采用模擬調(diào)制技術(shù)。雖然在 模擬蜂窩網(wǎng)中也具有一定的數(shù)據(jù)傳輸能力，但它的主要問(wèn)題是頻率利用率低：所能提供 的業(yè)務(wù)種類(lèi)受限，即不能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；保密性差，易被竊聽(tīng)；移動(dòng)設(shè)備成本高， 體積大；網(wǎng)絡(luò)的管理控制存在問(wèn)題等。因此第三代移動(dòng)通信倍受注目，在第三代移動(dòng)通 信系統(tǒng)( 3 g ) 中，c d m a 的多址接入方式，從各個(gè)方面都優(yōu)于傳統(tǒng)窄帶c d m a 通信系 統(tǒng)。它不僅提高了帶寬，而且增加了單位帶寬利用率，增強(qiáng)了互操作性和移動(dòng)性。它能 夠支持更高的移動(dòng)速率，從而能夠獲得更廣泛的業(yè)務(wù)范圍。 對(duì)于寬帶c d m a ( w c d m a ) ，信道的非正交性和擴(kuò)頻碼字的非正交性，導(dǎo)致用戶(hù) 問(wèn)存在相互干擾( m u l t i a d d r e s si n t e r f e r e n c e ，m a i ) ，即多址干擾，而抑制多址干擾的 就是多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)( m u l t iu s e rd e t e c t i o n ，m u d ) 。 多址干擾來(lái)源包括同小區(qū)外的移動(dòng)臺(tái)，相鄰小區(qū)的同頻基站或移動(dòng)臺(tái)，或其它無(wú)線(xiàn) 電通信系統(tǒng)。其中主要的兩種干擾是：使用同一組頻率的小區(qū)內(nèi)信號(hào)之間的同頻干擾和 來(lái)自相鄰小區(qū)信號(hào)的鄰頻干擾。c d m a 系統(tǒng)的主要缺陷就是由多址干擾帶來(lái)的容量限 制。由于用戶(hù)信號(hào)在時(shí)間和頻譜上是重合的，多址干擾可能出現(xiàn)在任意兩個(gè)用戶(hù)之間， 故c d m a 系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)。而干擾的強(qiáng)弱決定了系統(tǒng)容量，所以也稱(chēng)c d m a 系統(tǒng)是 干擾受限系統(tǒng)。 多用戶(hù)檢測(cè)的作用就是去除多用戶(hù)之間的相互干擾。一般而言，對(duì)于上行的多用戶(hù) 檢測(cè)，只能去除小區(qū)間各用戶(hù)的干擾，而小區(qū)間的干擾由于缺乏必要的信息( 比如相鄰 小區(qū)的用戶(hù)情況) 難以消除的。對(duì)于下行的多用戶(hù)檢測(cè)，只能去除公共信道( 比如導(dǎo)頻、 廣播信道等) 的干擾。 目前己知的無(wú)線(xiàn)多址接入方法主要有以下三種：頻分多址( f d m a ) ，時(shí)分多址 ( t d m a ) 和碼分多址( c d m a ) 。本文將要研究c d m a 系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)問(wèn)題。 1 2c d m a 系統(tǒng)的多址干擾及多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 1 多址干擾的研究 c d m a 通信方式具有抗干擾和多徑衰落的能力，允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)進(jìn)入一個(gè)頻道 ( 同時(shí)使用相同的頻率) ，系統(tǒng)容量大等優(yōu)異特性；但是，c d m a 系統(tǒng)中，所有的用戶(hù) 使用相同頻率段的無(wú)線(xiàn)信道，不同用戶(hù)使用不同地址碼序列，這些序列問(wèn)不完全正交就 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 會(huì)出現(xiàn)同信道干擾，即多址干擾。理論上采用彼此互相關(guān)值為零的正交擴(kuò)頻碼序列組可 避免多址干擾，但實(shí)際系統(tǒng)中擴(kuò)頻很難實(shí)現(xiàn)完全正交，有時(shí)甚至不可能達(dá)到正交。所以 c d m a 系統(tǒng)中存在著嚴(yán)重的多址干擾。而正是多址干擾產(chǎn)生了遠(yuǎn)近效應(yīng)。所謂遠(yuǎn)近效應(yīng)， 是指在一個(gè)通信小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)射的功率相同，由于移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離不 同，基站接收到距離基站近的移動(dòng)臺(tái)強(qiáng)信號(hào)會(huì)覆蓋掉距離基站遠(yuǎn)的移動(dòng)臺(tái)的弱信號(hào)，而 這個(gè)強(qiáng)信號(hào)在接收機(jī)相關(guān)器的輸出端會(huì)產(chǎn)生比較大的干擾項(xiàng)，從而使待解調(diào)用戶(hù)的誤碼 率增大甚至于完全無(wú)法正確解調(diào)。 窄帶c d m a 系統(tǒng)( 例如i s 一9 5 ) 采用的功率控制技術(shù)使基站接收到所有移動(dòng)臺(tái)發(fā)射 到基站的信號(hào)功率近似相等，從而克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，提高系統(tǒng)容量。但是功率控方法有許 多不足：需要占用專(zhuān)用信道傳遞功率控制信息，計(jì)算收斂速度問(wèn)題，其性能與移動(dòng)臺(tái)運(yùn) 動(dòng)速度有關(guān)，系統(tǒng)復(fù)雜等。更為重要的是，即使能夠克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，但并沒(méi)有從根本上 解決多址干擾限制系統(tǒng)容量的問(wèn)題。并且嚴(yán)格的功率控制不但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，而且由于傳輸 時(shí)延及移動(dòng)臺(tái)的限制使其具有很大的局限性。多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)正是為了解決c d m a 系 統(tǒng)中的多址干擾問(wèn)題而提出的。 1 2 2 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 在現(xiàn)有的c d m a 系統(tǒng)中，主要采用功率控制技術(shù)來(lái)克服遠(yuǎn)近效應(yīng)，但是嚴(yán)格的功 率控制不但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，同時(shí)由于傳輸時(shí)延及移動(dòng)臺(tái)的限制使其具有極大的局限性。傳統(tǒng) 接收機(jī)消除多址干擾( m a i ) 主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。 ( 1 ) 具有優(yōu)良相關(guān)性質(zhì)的擴(kuò)頻碼； ( 2 ) 有效的功率控制機(jī)制； ( 3 ) 應(yīng)用前向糾錯(cuò)碼( f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，f e c ) ； f 4 ) 采用分扇伯適應(yīng)天線(xiàn)。 這些研究對(duì)于提高系統(tǒng)的抗多址干擾能力有一定作用，但是還不能夠理想地解決問(wèn) 題，于是人們利用空間傳輸中造成干擾的用戶(hù)的各種信息進(jìn)行抗干擾，提出了多用戶(hù)檢 測(cè)理論。 多用戶(hù)檢測(cè)( m u d ) 理論研究源于八十年代初。早在1 9 7 9 年，s c h n e i d e r 就提出了 將多個(gè)用戶(hù)的碼元和定時(shí)( 還可能包括振幅和相位) 信息聯(lián)合起來(lái)，用于檢測(cè)每個(gè)用戶(hù) 信息的m u d 思想，并研究了迫零算法。隨后，k a s h i h a r a 和k o h n 又提出了多址干擾消 除接收機(jī)，s c h n e i d e r 和k o h n 還給了異步多用戶(hù)通信中使用維持比( v i t e r b i ) 算法的最 優(yōu)接收機(jī)”j 。 m u d 技術(shù)真f 引起廣大研究者的關(guān)注則得益于v e r d u 的：l 作。1 9 8 6 年，他提出以 匹配濾波器加維特比算法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大似然序列檢測(cè)( m l s d ) ，適用于受i s i 影響的信道。 這種算法的復(fù)雜度仍是用戶(hù)數(shù)的指數(shù)冪級(jí)( 2 ”) ，而且m l s 檢測(cè)器需要知道接收信號(hào) 1 緒論 的幅度和相位，過(guò)于復(fù)雜。但這為進(jìn)一步研究奠定了理論基礎(chǔ)，促使人們?nèi)ふ冶葌鹘y(tǒng) 檢測(cè)器優(yōu)越的各種次優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)器，所以提出了次優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)，以便合理的降低復(fù) 雜度來(lái)接近最優(yōu)檢測(cè)器。次優(yōu)多用檢測(cè)分為兩大類(lèi)：線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)和非線(xiàn)性多用戶(hù)檢 測(cè)。前者是對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)器的輸出進(jìn)行解相關(guān)或其它的線(xiàn)性變換以利于判決；后者利用抑 制信號(hào)對(duì)干擾進(jìn)行估計(jì)，然后在原信號(hào)中減去以利于接收判決。次優(yōu)化多用戶(hù)檢測(cè)器首 先是針對(duì)高斯白噪聲( a w g n ) 信道的次優(yōu)化檢測(cè)器，后來(lái)又集中研究衰落多徑信道適 用的檢測(cè)器，由于無(wú)線(xiàn)傳輸信道的時(shí)變和不可靠性，使得多用戶(hù)檢測(cè)器的參數(shù)如振幅， 相位以及用戶(hù)間的互相關(guān)性要不斷改變更新。所以，人們又開(kāi)始研究自適應(yīng)的多用戶(hù)檢 測(cè)器，使得參數(shù)能根據(jù)接收信號(hào)不斷的自動(dòng)調(diào)整，對(duì)接收信號(hào)的進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而抑制干 擾最近幾年，盲多用戶(hù)檢測(cè)和空時(shí)多用戶(hù)檢測(cè)又成為多用戶(hù)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)。 另一方而，單純的多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究應(yīng)用，已經(jīng)不能更好的提高系統(tǒng)的性能， 將多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合，成為目前更為廣泛的研究方向 2 1 。 1 3 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)在3 g 中的應(yīng)用 c d m a 系統(tǒng)作為新一代的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信模式，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中被采用。但 是我們也應(yīng)看到，由于采用的是碼分多址的多址方案，系統(tǒng)內(nèi)各用戶(hù)使用相同的頻帶發(fā) 射信號(hào)，共享一個(gè)信道。在時(shí)域和頻域上都是混疊的。碼分多址是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，由 于實(shí)際系統(tǒng)中各用戶(hù)之間的碼字不可能達(dá)到完全正交和完全同步，因此，多用戶(hù)之間互 相產(chǎn)生的干擾不可避免，這個(gè)干擾稱(chēng)為多址干擾( m a d ，也稱(chēng)為多用戶(hù)干擾。 多址干擾一般分為同信道干擾和鄰信道干擾，其中同信道干擾占主要部分。由于多 址干擾的存在，使得接收機(jī)在接收遠(yuǎn)區(qū)用戶(hù)信號(hào)的同時(shí)，必然受到近區(qū)用戶(hù)強(qiáng)信號(hào)的干 擾，從而導(dǎo)致了遠(yuǎn)近效應(yīng)。鑒于碼分多址是一種干擾受限系統(tǒng)，多址干擾不僅嚴(yán)重影響 系統(tǒng)的抗干擾性，還嚴(yán)重限制了系統(tǒng)容量的提高。 由于c d m a 系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，它的容量和性能主要受到多址干擾的限制。 接收機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的問(wèn)題，若能適當(dāng)?shù)囊种贫嘤脩?hù)干擾，就可以顯著地提高系 統(tǒng)的性能或容量。傳統(tǒng)接收機(jī)的缺點(diǎn)是在對(duì)一個(gè)用戶(hù)解調(diào)時(shí)沒(méi)有利用已知的其它用戶(hù)的 信息，而是將多址干擾當(dāng)作高斯白噪聲，因此大大降低了系統(tǒng)容量。傳統(tǒng)的匹配濾波接 收機(jī)或相關(guān)接收機(jī)存在的主要問(wèn)題體現(xiàn)在p l ： ( 1 ) 干擾底限：由于干擾信號(hào)與期望信號(hào)不完全f 交，所以期望用戶(hù)的匹配濾波器 輸出中含有多址干擾。因此，即使接收機(jī)熱噪聲電平趨于零，但山于多址干擾的存在， 匹配濾波接收機(jī)的錯(cuò)誤概率也會(huì)表現(xiàn)出非零的下界。使得相關(guān)接收機(jī)很難達(dá)到低誤碼 率。 ( 2 ) 遠(yuǎn)近問(wèn)題：由于多址干擾的存在，如果干擾用戶(hù)比期望用戶(hù)距基站更近，干擾 用戶(hù)在基站的接收功率就會(huì)比期望用戶(hù)大的多，擴(kuò)頻亭列與干擾之f u j 的相關(guān)就可能比與 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 期望用戶(hù)信號(hào)之間的相關(guān)大，于是傳統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)的輸出中多址干擾分量就可能很?chē)?yán) 重，期望用戶(hù)信號(hào)甚至可能淹沒(méi)在干擾信號(hào)中。 可以看出，更好的接收算法應(yīng)該是對(duì)多個(gè)用戶(hù)的聯(lián)合檢測(cè)。多用戶(hù)檢測(cè)接收機(jī)將造 成多址干擾的所有用戶(hù)信號(hào)信息均看作是有用信號(hào)信息，利用其對(duì)單個(gè)期望信號(hào)解調(diào)， 來(lái)降低多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，也降低了系統(tǒng)對(duì)控制精度的要求，進(jìn)而提高了通信 系統(tǒng)的容量，其檢測(cè)模型如圖1 1 所示。多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，使得c d m a 系統(tǒng)的優(yōu) 越性更加明顯。 叫匹配濾波器用刷二當(dāng) 。 7 【 多 r ( ) 用 。r i 匹配濾波器用劇 兒n ， 戶(hù) 7 l 檢 測(cè) 算 法 ur n l匹配濾波器用康卜當(dāng) 幽1 ，1 多用尸檢棋9 模型 多用戶(hù)檢測(cè)作為抑制多址干擾的一種主要手段，可以在上行鏈路的基站采用，也可 以在下行鏈路中的移動(dòng)臺(tái)使用】。但由于基站接收的各用戶(hù)信號(hào)是異步的，而且基站一 般已知所有本小區(qū)內(nèi)用戶(hù)擴(kuò)頻序列時(shí)延及信道參數(shù)。而移動(dòng)臺(tái)一般僅知道自己的擴(kuò)頻碼 等參數(shù)，且同小區(qū)內(nèi)其它用戶(hù)的干擾與其自身信號(hào)是同步的，另外移動(dòng)臺(tái)受體積，功耗 等因素的限制，處理能力有限。因此，多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)主要在基站采用。 1 4 論文主要工作及內(nèi)容安排 本文首先介紹了多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，給出了c d i v l a 系統(tǒng)中所需要的基礎(chǔ)知識(shí)擴(kuò)頻通信：并結(jié)合實(shí)際的通信系統(tǒng)，在對(duì)幾種典型的多用 戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，著重對(duì)解相關(guān)檢測(cè)器以及最小均方誤差檢測(cè)器進(jìn)行了研究與 仿真，同時(shí)和傳統(tǒng)檢測(cè)器、單用戶(hù)檢測(cè)器進(jìn)行了比較；并對(duì)他們各自的具體性能指標(biāo)進(jìn) 行了對(duì)比。最后討論了基于信號(hào)子空間的多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)，并對(duì)其性能進(jìn)行仿真分析。 全文內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)部分： 第一章介紹了多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)在c d m a 系統(tǒng)中的原理、特點(diǎn)，并指出了c d m a 系 統(tǒng)中由于擴(kuò)頻碼的不完全f 交而存在多址干擾的問(wèn)題。 1 緒論 第二章介紹了c d m a 通信系統(tǒng)的一般原理以及在多用戶(hù)檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)常使用的一 些關(guān)鍵技術(shù)。 第三章給出了多徑信道的信號(hào)模型以及多用戶(hù)檢測(cè)研究的主要內(nèi)容。 第四章詳述了多用戶(hù)檢測(cè)的分類(lèi)和性能分析、線(xiàn)性解相關(guān)( d e c ) 檢測(cè)原理以及最 小均方誤差( m m s e ) 檢測(cè)原理，分別討論了它們的抗干擾、抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的性能。 第五章討論了基于信號(hào)子空間的盲多用戶(hù)檢測(cè)方法，給出了d e c 檢測(cè)和m m s e 檢 測(cè)的子空間表示。 第六章總結(jié)全文，并概述了本文的主要結(jié)論，并對(duì)今后的工作做了展望。 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2c d m a 系統(tǒng)的基本原理及擴(kuò)頻通信 2 1 擴(kuò)頻通信的概念 擴(kuò)頻通信h 惻( s p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o n ) 就是假定基帶數(shù)據(jù)流的速率為 r b6 ，由發(fā)信端的系統(tǒng)將此數(shù)據(jù)變換為頻寬為b ：的傳輸信號(hào)，若b ：比r 。大得多( 通 常2 3 個(gè)數(shù)量級(jí)以上) ，且擴(kuò)展信號(hào)編碼序列與原始信號(hào)不相關(guān)，則認(rèn)為信號(hào)獲得了頻 譜擴(kuò)展。 它是指用來(lái)傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的- 1 十通信方式。設(shè)w 為傳 輸信號(hào)所占用的頻帶寬度，b 為原始信息本身實(shí)際所需的最小帶寬，一般認(rèn)為w 與b 的比值在幾十以上的為擴(kuò)頻通信。 擴(kuò)頻通信的理論依據(jù)是香農(nóng)公式【7 ： c = w l o g2 ( 1 + ) ( 2 1 ) c 一信道容量( 用傳輸速率度量) w 一一信號(hào)頻帶寬度 s 信號(hào)功率 n 一白噪聲功率 通常情況下，寬帶系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的抗干擾性。因此，當(dāng)太小，不能保證通信 質(zhì)量時(shí)，常采用寬帶系統(tǒng)，即就是“帶寬換功率”。擴(kuò)頻通信就是將信息信號(hào)的頻譜擴(kuò) 展1 0 0 倍以上，然后再進(jìn)行傳輸，因此提高了通信的抗干擾能力。 處理增益和抗干擾容限是擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的兩個(gè)主要指標(biāo)。 2 1 1 處理增益 也稱(chēng)擴(kuò)頻增益( s p r e a d i n gg a i n ) ，它定義為頻譜擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬b ! 與頻譜擴(kuò)展前 的帶寬b ，之比。它在數(shù)值上等于擴(kuò)頻解調(diào)后與擴(kuò)頻解調(diào)前的信噪比之比，也等于信息比 特內(nèi)多包含的p n 序列碼元數(shù)n 。擴(kuò)頻增益g 是擴(kuò)頻通信中擴(kuò)頻解凋處理對(duì)信噪比改善 度的量度。因此也稱(chēng)擴(kuò)頻處理增益。其表達(dá)式為： g = ( 2 _ 2 ) 2c d m a 系統(tǒng)的基本原理及擴(kuò)頻通信 2 1 2 抗干擾容限 抗干擾容限是指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力： 鳩= g 一 ( ) 。+ l s ( 2 3 ) m 一一抗干擾容限 上。一一接收系統(tǒng)的工作損耗 ( 鄉(xiāng)知) 。一一信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比 g 一一處理增益 在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的發(fā)射端，有用信號(hào)經(jīng)擴(kuò)展處理后，頻譜被擴(kuò)展成寬帶譜；在接收 端，利用偽碼的相關(guān)性做解擴(kuò)，有用信號(hào)被恢復(fù)成窄帶譜。寬帶無(wú)用信號(hào)與本地偽碼不 相關(guān)，因此不能解擴(kuò)，仍為寬帶譜；窄帶無(wú)用信號(hào)則被本地偽碼擴(kuò)展成寬帶譜。由于無(wú) 用的干擾信號(hào)為寬帶譜而有用信號(hào)為窄帶譜我們可以利用一個(gè)窄帶濾波器排除帶外干 擾電平，于是窄帶內(nèi)的信噪比就大大提高了。 2 2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的種類(lèi) 2 _ 2 1 直擴(kuò)( d s ) 系統(tǒng) 用一個(gè)高速偽隨機(jī)序列與信息數(shù)據(jù)相乘( 或模2 加) ，由于偽隨機(jī)序列的帶寬遠(yuǎn)大 于信息數(shù)據(jù)的帶寬，從而擴(kuò)展了發(fā)射信號(hào)的頻譜。這是目前擴(kuò)頻通信系統(tǒng)最常使用的擴(kuò) 頻通信方式。 2 2 2 跳頻( f h ) 系統(tǒng) 在一個(gè)偽隨機(jī)序列的控制下，發(fā)射頻率在一組預(yù)先指定的頻率上按照所規(guī)定的順序 離散地跳變，擴(kuò)展了發(fā)射信號(hào)的頻譜。 2 - 2 3 脈沖線(xiàn)性調(diào)頻( c h i r p ) 系統(tǒng) 系統(tǒng)的載頻在一個(gè)給定的脈沖削隔內(nèi)線(xiàn)性地掃過(guò)一個(gè)寬的頻帶，擴(kuò)展發(fā)射信號(hào)的頻 譜。 2 2 4 跳時(shí)( t h ) 系統(tǒng) 與跳頻系統(tǒng)類(lèi)似，區(qū)別在于一個(gè)是控制頻率，另一個(gè)是控制時(shí)i b j 。即跳時(shí)系統(tǒng)是用 一個(gè)偽隨機(jī)序列控制發(fā)射時(shí)問(wèn)和發(fā)射時(shí)問(wèn)的長(zhǎng)短。 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 此外，還有以上四種系統(tǒng)組合的混合系統(tǒng)。如：d s f h ，d s t h ，f h t h 及d s t h f h 等混合系統(tǒng)。 2 3c d m a 通信系統(tǒng)的一般原理 c d m a 系統(tǒng)中每個(gè)用戶(hù)都有自己的特定地址碼，利用公共信道傳輸信息，這種通 信技術(shù)稱(chēng)為碼分多址。c d m a 系統(tǒng)的地址相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、 時(shí)間和空間上都可能重疊。 c d m a 是直接序列( d s ) 擴(kuò)頻技術(shù)的一個(gè)直接應(yīng)用。直擴(kuò)的基本思想是將要傳送 的信息先對(duì)載波進(jìn)行一次調(diào)制，然后再用一個(gè)偽隨機(jī)序列對(duì)已調(diào)波進(jìn)行二次調(diào)制，由于 偽隨機(jī)序列的速率遠(yuǎn)大于要傳送信息的速率，因而最后得到的己調(diào)信號(hào)的頻譜寬度將遠(yuǎn) 大于原來(lái)信息的頻譜寬度，故稱(chēng)之為擴(kuò)頻。在接收端采用相同且同步的偽隨機(jī)序列進(jìn)行 解調(diào)就能將原信息恢復(fù)。 顯然，要正確地檢測(cè)和區(qū)別不同的用戶(hù)信號(hào)，必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本的條件：一是接收 端和發(fā)送端的偽碼序列必須嚴(yán)格同步，時(shí)間偏差要小于一個(gè)碼位的長(zhǎng)度；二是不同偽碼 的互相關(guān)性必須接近零。 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的工作原理： 直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)給每個(gè)用戶(hù)分配一個(gè)擴(kuò)頻碼，各個(gè)用戶(hù)擴(kuò)頻碼之間相互正交，每 一用戶(hù)的信號(hào)利用其擴(kuò)頻碼來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜的擴(kuò)展。其工作原理如圖2 1 所示。在直接序列 擴(kuò)頻系統(tǒng)中，比特率為r 。的輸入數(shù)據(jù)b k ( t ) ，被速率很高的偽隨機(jī)序列( p n 碼) c 。( t ) 進(jìn)行調(diào)制后，輸出信號(hào)占有的寬帶被擴(kuò)展，這個(gè)過(guò)程即為擴(kuò)頻。然后再對(duì)頻譜擴(kuò)展后的 序列進(jìn)行射頻調(diào)制，成為展寬頻譜的射頻信號(hào)s 。( t ) ，經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出去。圖中的信息數(shù) 據(jù)是寬為t 。的十1 或一1 的矩形波信號(hào)，擴(kuò)頻碼是碼長(zhǎng)為個(gè)碼元( 寬度為t 。) 的+ 1 或一1 的矩形波信號(hào)。若t h = n l ，信息數(shù)據(jù)正好對(duì)擴(kuò)頻序列作周期調(diào)制，信息數(shù)據(jù)為+ 1 時(shí)， 擴(kuò)頻碼極性不變：信息數(shù)據(jù)為一l 時(shí)，擴(kuò)頻碼倒相。每一個(gè)數(shù)據(jù)b 。( t ) 產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的擴(kuò) 頻信號(hào)，發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)是所有這些擴(kuò)頻信號(hào)s 。( t ) 的和： s ( t ) = b k ( t ) ck ( t ) c o s ( 2 n f 。t + 0k ) ( 2 4j k = 0 在接收端，射頻信號(hào)經(jīng)混頻變?yōu)榻眍l信號(hào)后，與發(fā)射端c 。( t ) p n 碼序列相同的本 地c 。( t ) 進(jìn)行擴(kuò)頻解調(diào)，使寬帶s ( t ) 變?yōu)檎瓗 k ( t ) 信號(hào)。窄帶b 。( t ) 通過(guò)信息解調(diào)器進(jìn)行 解碼，恢復(fù)原始數(shù)字信號(hào)。c d m a 通信系統(tǒng)中所有用戶(hù)公用一個(gè)信道，各用戶(hù)占用同一 頻域、時(shí)域和空域彼此用不同的特征碼加以區(qū)別。 2c d m a 系統(tǒng)的基本原理及擴(kuò)頻通信 c k ( 0c o s ( 2 n f a t + o k ) c o s ( 2 n f o t + e k )c 以) 圖2 1c d m a 通信系統(tǒng)的工作原理圖 在多徑衰落環(huán)境下，由于各個(gè)用戶(hù)之間所用的擴(kuò)頻碼通常難以保持正交，因而造成 多個(gè)用戶(hù)之間的相互干擾，并限制系統(tǒng)容量的提高。解決此問(wèn)題的一個(gè)有效方法是使用 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)測(cè)量各個(gè)用戶(hù)擴(kuò)頻碼之間的非正交性，用矩陣求逆方法或迭代方 法消除多用戶(hù)之問(wèn)的相互干擾。從理論上講，使用多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)能夠在極大程度上改 善系統(tǒng)容量。但一個(gè)較為困難的問(wèn)題是對(duì)于基站接收端的等效干擾用戶(hù)等于正在通話(huà)的 移動(dòng)用戶(hù)數(shù)乘以基站端可觀測(cè)到的多徑數(shù)。這意味著在實(shí)際系統(tǒng)中等效干擾用戶(hù)數(shù)將多 達(dá)數(shù)百個(gè)，這樣即使采用與干擾用戶(hù)數(shù)成線(xiàn)性關(guān)系的多用戶(hù)抵消算法仍使得其硬件實(shí)現(xiàn) 顯得過(guò)于復(fù)雜。如何把多用戶(hù)干擾抵消算法的復(fù)雜度降低到可接受的程度就成為多用戶(hù) 檢測(cè)技術(shù)能否實(shí)用的關(guān)鍵。 下面一章，我們將主要介紹多徑信道的信號(hào)模型和多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究?jī)?nèi)容。 2 4 本章小結(jié) 本章在討論了c d m a 系統(tǒng)的基本原理及擴(kuò)頻通信的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了擴(kuò)頻通信 的概念、分類(lèi)、以及通信系統(tǒng)的原理。并且對(duì)現(xiàn)有c d m a 移動(dòng)通信系統(tǒng)的模型做了簡(jiǎn) 要的分析。 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究及多徑信道的信號(hào)模型 移動(dòng)信道是影響無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)性能的一個(gè)基本因素，因此研究移動(dòng)通信信道是研究 移動(dòng)通信系統(tǒng)的首要前提。本章在介紹多用戶(hù)檢測(cè)具體概念的基礎(chǔ)上，首先說(shuō)明了多用 戶(hù)檢測(cè)器引入的必要性，并根據(jù)多用戶(hù)檢測(cè)的傳統(tǒng)系統(tǒng)模型系統(tǒng)重點(diǎn)分析了各種干擾和 噪聲的種類(lèi)：同時(shí)，分別推導(dǎo)了直接擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中個(gè)各種干擾的表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上 分析了多徑信道信號(hào)模型。 3 1 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)引入的必要性 在c d m a 移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一個(gè)小區(qū)總的干擾為： i = i m l + f i m l + i 。+ i t 3 1 ) 其中，。，是本小區(qū)中非期望用戶(hù)造成的干擾，即多址干擾( m a i ) ；f 為其他小區(qū)的 干擾與本小區(qū)多址干擾之比，又稱(chēng)外溢比；，。為接收機(jī)接收到的熱噪聲；，。表示為 期望用戶(hù)的符號(hào)間干擾( i s i ) 。對(duì)于這四種干擾，在c d m a 無(wú)線(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中分 別采用不同的消除方法。 熱噪聲是所有通信系統(tǒng)都存在的一類(lèi)加性噪聲，主要由通信設(shè)備的有源、無(wú)源器件 所產(chǎn)生。它一般遵從正態(tài)高斯分布，且功率譜是平坦的，故稱(chēng)為加性高斯白噪聲( a d d i t i v e w h i t eg a u s sn o i s e ，a w g n ) 。在實(shí)際c d m a 無(wú)線(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常熱噪聲的 影響要遠(yuǎn)小于m a i 和i s i ，因此實(shí)際應(yīng)用中均可通過(guò)限制接收機(jī)噪聲系數(shù)的方法來(lái)保證 接收機(jī)的靈敏度1 。 s i 的形成原因有兩種：一種是信號(hào)在傳輸時(shí)未滿(mǎn)足n y q u i s t 第一準(zhǔn)則，在抽樣時(shí) 刻存在失真，對(duì)于由這種原因引起的i s i ，在c d m a 無(wú)線(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用了升 余弦濾波器等方法來(lái)克服；另一種是由無(wú)線(xiàn)傳播信道中的多徑成分造成，在實(shí)際系統(tǒng)是 無(wú)法避免這種干擾的，但可以通過(guò)均衡尤其是空時(shí)處理方法來(lái)改善【”1 。 m a i 是由同頻用戶(hù)對(duì)期望用戶(hù)造成的干擾。它可分為兩部分：一部分是小區(qū)內(nèi)的 m a i ，另一部分是小區(qū)問(wèn)的m a i 。在c d m a 無(wú)線(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，同一小區(qū)內(nèi)同 時(shí)通信的用戶(hù)不止一個(gè)，而在碼分多址通信方式中各個(gè)用戶(hù)均占用同一頻率進(jìn)行通信， 所不同的就是各個(gè)用戶(hù)使用不同的地址碼來(lái)區(qū)別各自的信號(hào)。由于實(shí)際選用的各地址碼 之問(wèn)不可能完全正交，它們問(wèn)的互相關(guān)函數(shù)就不能達(dá)到理想狀態(tài)下的值，因此在多個(gè)用 戶(hù)同時(shí)通信時(shí)，必然要產(chǎn)生m a i 。當(dāng)小區(qū)內(nèi)同時(shí)通信的用戶(hù)數(shù)較多時(shí)，小區(qū)內(nèi)的m a i 就成為c d m a 無(wú)線(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的最主要干擾。小區(qū)間m a i 是指其他相鄰?fù)l 小區(qū)的用戶(hù)對(duì)期望用戶(hù)造成的干擾。通常這部分m a i 可以通過(guò)合理的小區(qū)配置來(lái)減少 3 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的研究及多徑信道的信號(hào)模型 其影響，但在惡劣的通信環(huán)境中，小區(qū)間m a i 將達(dá)n d , 區(qū)內(nèi)m a i 的6 0 。因此，為了 滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求，還要考慮消除小區(qū)間的m a i ，這是研究盲自適應(yīng)多用戶(hù)檢測(cè) 技術(shù)的原因之一。 一個(gè)常用的多用戶(hù)檢測(cè)傳統(tǒng)系統(tǒng)如圖3 1 所示。每個(gè)用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)比特，采用各自 的擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。信號(hào)通過(guò)高斯多址接入信道發(fā)射。 幽3 1 多用戶(hù)檢測(cè)的傳統(tǒng)系統(tǒng)模型 在接收機(jī)中所接收到的信號(hào)分別與各個(gè)用戶(hù)的擴(kuò)頻碼副本進(jìn)行相關(guān)處理。其中相關(guān) 器是由乘法器、積分和清除函數(shù)組成，當(dāng)然也可以采用匹配濾波器。多用戶(hù)檢測(cè)算法處 理來(lái)自相關(guān)器的信號(hào)，將不期望的多址干擾從所期望的信號(hào)中分離出去，從而恢復(fù)出期 望信號(hào)。其中r ( ，) 表達(dá)式如下： 上型 r ( ，) = 乞4 b k ( i ) s k ( t i t ) + 月( ，) ( 3 2 ) = 1 i - m 事實(shí)上，多用戶(hù)檢測(cè)算法就是一種變換運(yùn)算，這種變換運(yùn)算用r 來(lái)表示，則整個(gè)多 用戶(hù)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程可表示為： b k = s g n ( f r ( ，) ) 其中，k = 1 2 k 。 3 2c d m a 系統(tǒng)中待需解決的問(wèn)題 c d m a 通信系統(tǒng)中的主要二f 擾為碼問(wèn)干擾和多址干擾。 多址干擾( m a i ：m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e ) ：c d m a 以不同的擴(kuò)頻碼來(lái)區(qū)分用戶(hù)， 因此擴(kuò)頻碼之間的幣交性顯得十分重要。但是j l t 格礦交的擴(kuò)頻碼組是不存在的，故其他 用戶(hù)將對(duì)目標(biāo)用戶(hù)產(chǎn)生干擾，這種干擾稱(chēng)為多址干擾。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，多址干擾包含小區(qū)內(nèi) 干擾和小區(qū)間干擾，但我們?cè)O(shè)計(jì)的多用戶(hù)檢測(cè)器主要考慮的是小區(qū)內(nèi)干擾。 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 碼間干擾( i s i ) ：補(bǔ)償主要是通過(guò)均衡器來(lái)實(shí)現(xiàn)。多址干擾主要是由于用戶(hù)共享一 個(gè)信道，不同用戶(hù)之間必然產(chǎn)生干擾，因此多址干擾也稱(chēng)多用戶(hù)干擾。 例如：一個(gè)兩用戶(hù)的同步c d m a 系統(tǒng)( 目標(biāo)用戶(hù)是第個(gè)用戶(hù)) ，假定接收信號(hào)為： r ( t ) = , e 1 b l c t ( t ) + , e2 b 2 c 2 ( t ) + n ( t ) ( 3 3 ) 經(jīng)匹配濾波后輸出為： y 1 = , e i b l + , e2 b 2 p 】2 + n ( 3 4 ) 其中，c ，( t ) ，c 2 ( t ) 為擴(kuò)頻碼波形；b ，b2 為信息比特位，b 1 b 2 _ 1 ，+ l 】，設(shè) 奄丐 p = j ck ( t ) c j ( t ) d t ，j ck 2 ( t ) = l ；t b 為比特問(wèn)隔，并且系統(tǒng)是同步的。n 是噪聲項(xiàng)， 00 p ，：是相關(guān)系數(shù)。式( 1 3 ) 可見(jiàn)等式右邊的第一項(xiàng)為有用信號(hào)項(xiàng)，第二項(xiàng)是多址干擾項(xiàng)， 第三項(xiàng)即噪聲項(xiàng)。當(dāng)i 厄時(shí)，盡管n ：很小，但b ：i i 也可以遠(yuǎn)大于i ，這 樣，多址干擾就占了主導(dǎo)地位，系統(tǒng)性能必然要迅速下降。因此，在具有功率控制的 c d m a 系統(tǒng)中加入多用戶(hù)檢測(cè)可以大大減輕功率控制的壓力。 多用戶(hù)檢測(cè)是一種從接收機(jī)端的設(shè)計(jì)入手的干擾抑制方法，它主要解決的基本問(wèn)題 是：如何從相互干擾的數(shù)字信息串中可靠地解調(diào)出某個(gè)特定用戶(hù)的信號(hào)。 3 3 多徑信道信號(hào)模型 多徑信道”6 1 的信號(hào)模型和空時(shí)信號(hào)模型是同步信號(hào)模型在各種實(shí)際情況中的擴(kuò)展， 如果后兩種信號(hào)模型的沖激響應(yīng)為單位沖激響應(yīng)，那么它們就變?yōu)橥叫盘?hào)模型。對(duì)這 些信號(hào)模型的理解是研究多用戶(hù)檢測(cè)器和進(jìn)行仿真的基礎(chǔ)。 假設(shè)小區(qū)中有k 個(gè)同頻干擾用戶(hù)，第k 個(gè)用戶(hù)的多徑數(shù)和歸一化特征波形分別為 l ，s 。( t ) 。則第k 個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)比特流經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻后的基帶信號(hào)為： 心 x k ( t ) = ak b k ( i ) sk ( t i t )( 3 5 1 i = 0 。 式中，a 。、b 。( t ) 分別表示第k 個(gè)用戶(hù)的信號(hào)幅度和第i 個(gè)信息碼，且 b k ( i ) 一l ，+ 1 ；t 為數(shù)據(jù)比特持續(xù)時(shí)間，s 。( t ) 滿(mǎn)足： n sk ( t ) = ck ( j ) 妒( 1 一j t 。) 0 t t( 3 6 ) j = 0 其中，妒( t ) 是區(qū)問(wèn)為t c = k 的擴(kuò)頻脈沖，碼序列c 。( j ) 一1 ，+ 1 。 在接收端，基站發(fā)射機(jī)和第k 個(gè)用戶(hù)的接收機(jī)之川的等效基帶多徑信道可以模擬成 一個(gè)多輸入單輸入信道，其沖激相應(yīng)為： 3 多用尸檢測(cè)技術(shù)的研究及多徑信道的信號(hào)模型 i hk ( t ) = g k t 8 ( t rk 1 ) ( 3 7 ) l = 1 其中g(shù) 。和r 。，分別表示為k 個(gè)用戶(hù)的第l 路徑信號(hào)的復(fù)增益與延遲。因此移動(dòng)用戶(hù) 的接收信號(hào)就是k 個(gè)用戶(hù)發(fā)射信號(hào)和再加上環(huán)境噪聲，即： k r ( t ) = x k ( t ) + h 。( t ) + 瓤t ) 。k = 1 ( 3 8 ) m _ l kl ”7 = a k b k ( i ) d 。s ( t - i t - r k ) + 岔( t ) i - 0 k = li = 1 其中，+ 表示卷積；n ( t ) 是一個(gè)獨(dú)立的零均值、復(fù)高斯白噪聲過(guò)程，j 2 是環(huán)境噪聲方 差。 3 4 本章小結(jié) 本章作為論文的過(guò)渡部分，重點(diǎn)介紹了該學(xué)科在現(xiàn)有研究中的所遇到的一些困難。 同時(shí)引入了多徑信道模型，這對(duì)于后續(xù)工作十分重要。 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 多用戶(hù)檢測(cè)的分類(lèi)及各自的性能分析 4 1 多用戶(hù)檢測(cè)器的分類(lèi) 1 9 8 6 年，美國(guó)學(xué)者v e r d u 首先提出利用已知擴(kuò)頻碼的結(jié)構(gòu)信息來(lái)克服多個(gè)用戶(hù)之間 干擾的多用戶(hù)檢測(cè)理論與方案。v e r d u 提出的多用戶(hù)檢測(cè)器是在加性高斯白噪聲信道 ( a w g n ) 下的最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)。接收機(jī)最優(yōu)結(jié)構(gòu)為匹配濾波器加上維特比( v i t e r b i ) 檢 測(cè)算法。即最大似然序列檢測(cè)( m a x i m u ml i k eh o o ds e q u e n c e sd e t e c t i o n ，m l s d ) 。仿真 結(jié)果表明，該算法能實(shí)現(xiàn)與單個(gè)用戶(hù)接收時(shí)幾乎完全一樣的性能。但實(shí)現(xiàn)上述算法的運(yùn) 算量隨著用戶(hù)數(shù)k 成指數(shù)增長(zhǎng)，即復(fù)雜度為0 ( 2 ) ，所以最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)是一個(gè)n p 完 全問(wèn)題【l ” 【“j 。且實(shí)現(xiàn)m l s d 算法需要知道所有用戶(hù)的擴(kuò)頻碼、信號(hào)幅度、相位和多徑 時(shí)延。因此，最優(yōu)的m l s d 算法的多用戶(hù)檢測(cè)器在實(shí)際中是難以實(shí)現(xiàn)的，它僅具有理論 意義和實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)的理論標(biāo)準(zhǔn)。所以研究人員為了尋求實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的方案，提出了很 多次最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)算法。目的是為了在犧牲一定性能的可接受的條件下，尋求盡可能 簡(jiǎn)化復(fù)雜度的方案。 目前國(guó)內(nèi)外提出多用戶(hù)檢測(cè)算法很多，出發(fā)點(diǎn)都是如何在發(fā)揮多用戶(hù)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)的同 時(shí)克服其缺點(diǎn)。但由于多用戶(hù)檢測(cè)的復(fù)雜性以及它們與擴(kuò)頻碼的選擇以及功率控制等因 素相關(guān)，因此還沒(méi)有在實(shí)際中應(yīng)用。 多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)總體分為最佳多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)和次最佳多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)兩大類(lèi)，次 最佳多用戶(hù)檢測(cè)又分為線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)煞矫妗D4 1 是多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)的分類(lèi)情況。 多用戶(hù)檢測(cè)器 最佳檢測(cè)器( 最大似然m l s e 檢測(cè)器) 次最佳檢測(cè)器 線(xiàn)性檢測(cè)器 非自適應(yīng)f 簍絮委方誤差 自適應(yīng)型 非線(xiàn)性檢測(cè)器 非盲型讎；淼黧霎 盲型雕篙喜蓄薹麓漂器 刪隧翳 幽4i 多州戶(hù)檢測(cè)的分類(lèi) 4 多用尸檢測(cè)的分類(lèi)及各自的性能分析 一般來(lái)說(shuō)，多用戶(hù)檢測(cè)算法可以按最優(yōu)和次最優(yōu)方法分為兩類(lèi)。一類(lèi)是最優(yōu)多用戶(hù) 檢測(cè)( o p t i m u m m u d ) ，它通過(guò)將所有用戶(hù)的信號(hào)聯(lián)合起來(lái)解一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題來(lái)確定所 要接收的碼元信息，這雖然能從根本上改善系統(tǒng)的性能，消除多址干擾，但由于其運(yùn)算 量隨用戶(hù)數(shù)成指數(shù)增長(zhǎng)，因而當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，計(jì)算量大而導(dǎo)致根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。第二 類(lèi)是次最優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)( s u b o p t i m u mm u d ) ，它是在盡量保持最優(yōu)化性能的前提下降低 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，以增加其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 按處理方法可分為線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)纱箢?lèi)，其中線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)主要以下幾種： 解相關(guān)檢測(cè)、m m s e 檢測(cè)、自適應(yīng)檢測(cè)器。按檢測(cè)器處理信息時(shí)需要知道期望用戶(hù)信息 量的多少，自適應(yīng)檢測(cè)器又可分為盲多用戶(hù)檢測(cè)器和非盲多用戶(hù)檢測(cè)器【l9 1 。 次優(yōu)多用戶(hù)檢測(cè)方案基本上可以分成兩大類(lèi)：線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)和非線(xiàn)性檢測(cè)。線(xiàn)性 多用戶(hù)檢測(cè)，是指先對(duì)匹配濾波器的輸出矩陣進(jìn)行線(xiàn)性變換，然后再判決。具有代表性 的是解相關(guān)( d e c ) 多用戶(hù)檢測(cè)和最小均方誤差( m m s e ) 多用戶(hù)檢測(cè)；非線(xiàn)性檢測(cè)中 最主要的方法是干擾抵消多用戶(hù)檢測(cè)。干擾抵消的思想就是估計(jì)出多址和多徑引起的干 擾，然后減去干擾值。非線(xiàn)性檢測(cè)存在誤差擴(kuò)散，而線(xiàn)性檢測(cè)不僅能降低復(fù)雜度，而且 能克服誤差擴(kuò)散問(wèn)題。 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，由于無(wú)線(xiàn)信道是時(shí)變系統(tǒng)而線(xiàn)性檢測(cè)器每次重新計(jì)算線(xiàn)性變 換矩陣是不可能的，所以多用戶(hù)檢測(cè)器應(yīng)該是實(shí)時(shí)處理的。因此，引入自適應(yīng)技術(shù)不僅 能自動(dòng)跟蹤信道變化，而且可以降低每次的計(jì)算量。自適應(yīng)算法又分為帶訓(xùn)練序列的自 適應(yīng)和盲算法。對(duì)于帶訓(xùn)練序列的自適應(yīng)算法，由于發(fā)送訓(xùn)練序列不僅占用一定的資源， 而且還要提高其發(fā)射功率以保證判決的可靠性，而當(dāng)信道發(fā)生變化，或出現(xiàn)新的同信道 用戶(hù)時(shí)，就需要重新發(fā)送訓(xùn)練序列。從而大大降低了系統(tǒng)性能。因此當(dāng)前的主要研究工 作集中在盲自適應(yīng)算法的研究上【2 0 1 。 在盲多用戶(hù)檢測(cè)中，基于子空間跟蹤的盲檢測(cè)器利用子空間跟蹤算法，可以自適應(yīng) 實(shí)現(xiàn)盲檢測(cè)，且算法復(fù)雜度低，己成為一種研究較多的盲多用戶(hù)檢測(cè)算法。為了抑制多 t j k 干擾。在多用戶(hù)檢測(cè)中，任何一種接收機(jī)都應(yīng)該知道( 或至少可以獲得) 下面的一個(gè) 或幾個(gè)參數(shù)： ( 1 ) 期望用戶(hù)的特征波形； ( 2 ) 干擾用戶(hù)的特征波形： ( 3 ) 期望用戶(hù)的定時(shí)信息( 比特的出現(xiàn)時(shí)間和載波相位) ； ( 4 ) 干擾用戶(hù)的定時(shí)信息( 比特的出現(xiàn)時(shí)間和載波相位) ； ( 5 ) 干擾用戶(hù)相對(duì)于期望用戶(hù)信號(hào)幅值的接收信號(hào)幅值。 傳統(tǒng)的相關(guān)接收器只使用上述信息( 1 ) 和( 3 ) ，未考慮其他用戶(hù)的干擾，因而受 到遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題的困擾。我們要求改進(jìn)的多用戶(hù)檢測(cè)器能有很好的抗遠(yuǎn)近能力。 非線(xiàn)性檢測(cè)器由于沒(méi)有系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分析工具，理論上研究較困難。實(shí)際應(yīng)用 西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 中也有一定的難度和弊端，串行干擾抵消檢測(cè)器具有計(jì)算量小，延時(shí)大的特點(diǎn)，而并行 干擾抵消監(jiān)測(cè)器的特點(diǎn)是計(jì)算量大，延時(shí)小，設(shè)各復(fù)雜度高。而線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)器有比 較完整的定量的數(shù)學(xué)描述工具與分析方法，并具有較大的理論研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意 義。因此，本論文將在同步c d m a 系統(tǒng)中對(duì)線(xiàn)性多用戶(hù)檢測(cè)器進(jìn)行研究和改進(jìn)。 4 2 多用戶(hù)檢測(cè)器相關(guān)性能分析 在多用戶(hù)檢測(cè)器的性能評(píng)價(jià)中，誤碼率、漸近有效性和抗遠(yuǎn)近能力是三個(gè)最重要的 性能測(cè)度引1 。 4 2 1 誤碼率 在多用戶(hù)檢測(cè)中，我們最關(guān)心的性能指標(biāo)是檢測(cè)的高信號(hào)背景噪聲比范圍內(nèi)的 誤碼率( b e r ：b i te r r o rr a t e ) 。在評(píng)估多用戶(hù)干擾對(duì)單個(gè)用戶(hù)檢測(cè)器性能的影響時(shí)，可以 把在信道中沒(méi)有其他用戶(hù)時(shí)的單用戶(hù)接收機(jī)的比特錯(cuò)誤概率作為基準(zhǔn)。假定在加性高斯 白噪聲信道中只有一個(gè)具有能量e