第三代移動通信技術(shù)中多用戶檢測技術(shù)的研究_論文

1、<p>　　第三代移動通信技術(shù)中多用戶檢測技術(shù)的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　碼分多址（CDMA）系統(tǒng)由于軟容量、軟切換、頻譜利用率高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點在第三代移動通信系統(tǒng)（3G）中獲得了廣泛的應(yīng)用。在 CDMA 系統(tǒng)中，多個用戶信號是依靠不同的擴(kuò)頻碼來相互區(qū)分的，但在實際應(yīng)用中，擴(kuò)頻碼又不可能達(dá)到完全正交的理想狀

2、態(tài)，因此在多個用戶同時通信時，一定會產(chǎn)生多址干擾（MAI），隨著系統(tǒng)用戶數(shù)的增加，這種干擾必將會成為影響其系統(tǒng)性能和限制系統(tǒng)容量的主要因素。如何能夠更好地消除多址干擾便成為近年來人們研究的熱點。多用戶檢測技術(shù)能夠有效地消除多址干擾，提高系統(tǒng)容量，解決遠(yuǎn)近效應(yīng)的問題，因而被列為第三代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。其主要目的是從相互干擾的多個 CDMA 信號中檢測出某個特定用戶信號，從根本上消除多址干擾的存在。其中盲多用戶檢測技術(shù)作為一種直接

3、利用待測用戶數(shù)據(jù)和期望用戶信息的盲自適應(yīng)檢測方法，近年來已得到眾多學(xué)者的關(guān)注，并成為整個通信領(lǐng)域的研究熱點。</p><p>　　盲多用戶檢測器由于不需要發(fā)送期望用戶的訓(xùn)練序列，且不需要干擾用戶的先驗知識，具有開銷小、效率高、實現(xiàn)復(fù)雜性比較低等一系列優(yōu)點，而引起了人們對它的廣泛關(guān)注。</p><p>　　本文較為系統(tǒng)地分析了同步 AWGN 信道下的盲多用戶檢測和基于子空間盲多用戶檢測的性能

4、，通過仿真驗證，得出一種能有效解決多址干擾和遠(yuǎn)近問題的盲多用戶檢測器，并初步給出其實現(xiàn)方案。</p><p>　　關(guān)鍵字：多址干擾，盲多用戶檢測，同步AWGN信道，子空間</p><p>　　RESEARCH ON TECHONLOGIES OF MUTI-USER DETECTION FOR 3G </p><p><b>　　ABSTRACT</

5、b></p><p>　　Code Division Multiple Access (CDMA) system has been widely applied in the third generation mobile communication system (3G) due to its soft capacity, soft switching, high spectrum efficiency

6、and strong immunity to interference. In CDMA system, the signals of multiple users are divided depending on their different spreading spectrum codes. But in practical applications, the spreading spectrum codes are imposs

7、ible to be completely orthogonal. When multiple users communicate simultaneously, the sy</p><p>　　Most of the researches focus on the blind multiuser detector, because it has no needs of training sequence an

8、d the priori knowledge of interferential users, and it has the merits of higher efficiency、lower complexity of the implementation, and so on.</p><p>　　This thesis systematically analyses the performance of t

9、he conventional synchronous AWGN channel of the blind multiuser detection and the blind multiuser detection based on the subspace. Via simulation confirmation, an effective blind multi-user detector that can solve MAI

10、and near-far problem is attained，Its implementation is also presented.</p><p>　　KEY WORDS：Multiple access interference, Blind multiuser detection, Synchronous AWGN channel,subspace</p><p><b&

11、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1第三代移動通信的概述1</p><p>　　1.2第三代移動通

12、信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)2</p><p>　　1.3多用戶檢測的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4本課題研究的背景與意義5</p><p>　　1.5論文的內(nèi)容安排6</p><p>　　第二章 多用戶檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)7</p><p>　　2.1 CDMA 通信系統(tǒng)模型7</p>&l

13、t;p>　　2.2多用戶檢測的基本原理7</p><p>　　2.3多用戶檢測的分類8</p><p>　　2.3.1線性多用戶檢測8</p><p>　　2.3.2 MMSE 多用戶檢測9</p><p>　　2.3.3多項式擴(kuò)展(PE)多用戶檢測9</p><p>　　2.3.4盲自適應(yīng)多用戶檢測

14、9</p><p>　　2.4 多用戶檢測的性能測度10</p><p>　　2.4.1誤碼率（BER）10</p><p>　　2.4.2信干比（SINR）10</p><p>　　2.4.3漸進(jìn)多用戶有效性（AME）10</p><p>　　2.4.4抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力（near-far resistance）

15、11</p><p>　　2.4.5漸進(jìn)剩余能量（EOE）11</p><p>　　2.5本章小結(jié)11</p><p>　　第三章 典型的多用戶檢測算法12</p><p>　　3.1傳統(tǒng)的匹配濾波器12</p><p>　　3.2最優(yōu)多用戶檢測技術(shù)13</p><p>　　3.3次

16、優(yōu)多用戶檢測技術(shù)14</p><p>　　3.3.1非線性多用戶檢測14</p><p>　　3.3.2線性多用戶檢測15</p><p>　　3.4本章小結(jié)17</p><p>　　第四章 同步 AWGN 信道下的盲多用戶檢測19</p><p>　　4.1盲多用戶檢測概述19</p>&l

17、t;p>　　4.2盲多用戶檢測的基本原理20</p><p>　　4.3盲多用戶檢測器的準(zhǔn)備知識20</p><p>　　4.3.1盲多用戶檢測器的典范表示20</p><p>　　4.3.2基于 CMOE 準(zhǔn)則的盲多用戶檢測算法21</p><p>　　4.3.3性能比較尺度22</p><p>　　

18、4.4盲自適應(yīng) LMS 算法22</p><p>　　4.4.1 LMS 算法22</p><p>　　4.4.2算法仿真24</p><p>　　4.5改進(jìn)的 LMS 算法27</p><p>　　4.5.1變步長 LMS 算法27</p><p>　　4.5.2算法仿真28</p><

19、;p>　　4.6盲自適應(yīng) RLS 算法31</p><p>　　4.6.1 RLS 算法31</p><p>　　4.6.2算法仿真32</p><p>　　4.7本章小結(jié)35</p><p>　　第五章 基于子空間盲多用戶檢測算法的研究36</p><p>　　5. 1子空間發(fā)展的概述36</

20、p><p>　　5. 2子空間方法的基本原理36</p><p>　　5. 3子空間跟蹤算法38</p><p>　　5.3.1 PAST 算法38</p><p>　　5.3.2 PASTd 算法39</p><p>　　5.3.3 OPAST 算法40</p><p>　　5. 4改進(jìn)

21、的子空間跟蹤算法40</p><p>　　5. 5實驗仿真與結(jié)果分析41</p><p>　　5. 6本章小結(jié)44</p><p>　　第六章 總結(jié)與展望45</p><p><b>　　致 謝46</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b><

22、/p><p>　　附錄一（外文資料）48</p><p>　　附錄二（中文資料）58</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1第三代移動通信的概述</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的不斷發(fā)展，人們身處在生活節(jié)奏快速變化的社會中，傳統(tǒng)的通訊手段己經(jīng)無法滿足

23、現(xiàn)代化社會的需求了，所以如何使通訊工具達(dá)到人類通信的最終目標(biāo)一一個人通信，既是人們的夢想，也是科學(xué)家奮斗的目標(biāo)。個人通信將成為人類通信的最高階段，而移動通信則是邁向個人通信的必經(jīng)階段。近些年來，隨著數(shù)字和射頻電路制造技術(shù)方面取得的巨大進(jìn)步，以及在新的大規(guī)模集成電路和其它小型化技術(shù)的推動下，移動通信技術(shù)獲得了跨越性的發(fā)展。到目前為止，移動通信系統(tǒng)己經(jīng)發(fā)展到第三代并準(zhǔn)備向下一代發(fā)展，在我國也己經(jīng)逐步推廣第三代移動通信業(yè)務(wù)。第一代移動通信系統(tǒng)

24、是采用頻分多址(FDMA Frequeney Division MultipleAccess)方式的模擬蜂窩系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)采用時分多址(TDMA，Time Division Multiple Access)或者碼分多址 (CDMA，Code Division Multiple Aeeess)為主的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)，其容量和功能都比第一代移動通信系統(tǒng)有了很大的提升，但是伴隨著社會的發(fā)展，人們對通信業(yè)務(wù)種類和數(shù)量需求的急劇增加，使得人

25、們已經(jīng)不再滿足于第二代移動</p><p>　　(l)具有支持多媒體，特別是Internet業(yè)務(wù)的能力。ITU規(guī)定的第三代移動通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸必須滿足以下三種環(huán)境的最低要求:快速移動環(huán)境，最高速率達(dá)144kbit/s;室外到室內(nèi)或步行環(huán)境，最高速率達(dá)384kbit/s:室內(nèi)環(huán)境，最高速率達(dá)ZMbit/s。</p><p>　　(2)全球普及和全球無縫漫游的系統(tǒng)。</p>&

26、lt;p>　　(3)便于過渡，演進(jìn):由于第三代移動通信系統(tǒng)引入時，第二代網(wǎng)絡(luò)己具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，所以第三代的網(wǎng)絡(luò)一定要能在第二代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸靈活演進(jìn)而成，并應(yīng)與固定網(wǎng)兼容。</p><p><b>　　(4)高服務(wù)質(zhì)量。</b></p><p><b>　　(5)高頻譜效率。</b></p><p><b&g

27、t;　　(6)高保密性。</b></p><p>　　目前，第三代移動通信系統(tǒng)主要有三種方案:我國的TD一SCDMA、北美的CDMA2000和歐洲的WCDMA。雖然這些方案不甚相同，但是全世界在第三代移動通信系統(tǒng)以及未來移動通信系統(tǒng)中采用寬帶碼分多址(CDMA)技術(shù)己經(jīng)達(dá)成共識。</p><p>　　1.2第三代移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　

28、　在第三代移動通信系統(tǒng)中采用了很多關(guān)鍵技術(shù)，其中主要包括以下幾個方面</p><p><b>　　的關(guān)鍵技術(shù)。</b></p><p>　　1.Rake多徑分集接收技術(shù)</p><p>　　一般移動通信是在復(fù)雜的電波環(huán)境下進(jìn)行的，如何克服電波傳播造成的多徑衰落現(xiàn)象是移動通信的一個基本問題。由于CDMA系統(tǒng)具有寬帶的特性，因此這些路徑可能會超過一

29、個CDMA位(碼片)的寬度;在這種情形下，傳統(tǒng)的等化功能將不再適用，需要一種新的技術(shù)，它必須能接收所有路徑的信號，然后組成一個完整的信號。Rake接收機(jī)就擁有這樣的功能，它可以收到所有可能路徑的信號，然后再將這些路徑上的信號組合成一個非常清晰的信號，強(qiáng)度遠(yuǎn)超過單個路徑上的信號;基本上，Rake接收機(jī)會計算參考模式與接收信號之間的相關(guān)性，然后找出個別信號的傳送路徑。這種技術(shù)稱之為Rake多徑分集接收技術(shù)。</p><p

30、>　　2.高效信道編碼技術(shù)</p><p>　　信道編碼技術(shù)是在移動通信中提高系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)可靠性的有效方法之一，在第二代移動通信系統(tǒng)中應(yīng)用卷積編碼和交織，對于保證話音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量取得了很好的效果。第三代系統(tǒng)與第二代系統(tǒng)相比，由于需要提供的業(yè)務(wù)種類大大增加，這就對信道編碼提出了更高的要求。因此設(shè)計信道編碼方案，不僅要從用戶業(yè)務(wù)的要求考慮，如信息的準(zhǔn)確度、允許的時延等，還要從提高系統(tǒng)增益的全局優(yōu)化的

31、角度，與改進(jìn)調(diào)制解調(diào)方法、分集接收、系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、降低系統(tǒng)的復(fù)雜度等其他因素綜合考慮。</p><p><b>　　3.智能天線技術(shù)</b></p><p>　　智能天線也叫自適應(yīng)陣列天線它由天線陣、波束形成網(wǎng)絡(luò)、波未形成算法三部分組成。它通過滿足某種準(zhǔn)則的算法去調(diào)節(jié)各陣元信號的加權(quán)幅度和相位，從而調(diào)節(jié)天線陣列的方向圖形狀，達(dá)到增強(qiáng)所需信號抑制干擾信號的目的。智能天線

32、是基于自適應(yīng)天線陣原理，利用天線陣的波束賦形產(chǎn)生多個獨立的波束，并自適應(yīng)地調(diào)整波束方向來跟蹤每一個用戶，達(dá)到提高信干比(SIR)，增加系統(tǒng)容量的目的。采用智能天線技術(shù)，實際上是通過數(shù)字信號處理，使天線陣為每個用戶自適應(yīng)地進(jìn)行波束賦形，相當(dāng)于為每個用戶形成了一個可跟蹤它的高增益天線，從而既可以進(jìn)行全方位的通信，又可以用較小的發(fā)射功率覆蓋相同的服務(wù)范圍。</p><p><b>　　4.多用戶檢測技術(shù)<

33、;/b></p><p>　　在實際CDMA系統(tǒng)中，地址碼之間不能達(dá)到互相關(guān)函數(shù)為零的理想情況，因此會引起多址干擾(MAI)，多址干擾限制了系統(tǒng)的容量。而CDMA系統(tǒng)是一個多入多出(MIMO)的系統(tǒng)，采用匹配濾波器等傳統(tǒng)的單入單出(5150)檢測方式，就不能充分利用用戶間的相關(guān)信息，而將多址干擾認(rèn)為是白噪聲的一部分，因此受遠(yuǎn)近效應(yīng)影響很大，不僅需要嚴(yán)格的功率控制，而且降低了系統(tǒng)容量。1986年，S.verd

34、u完善了多用戶檢測的思想，提出采用最大似然序列的最優(yōu)多用戶檢測方法，但是該方法在實際物理實現(xiàn)上太復(fù)雜，其復(fù)雜性隨用戶數(shù)的增多而呈指數(shù)增加。S.verdu的工作激勵了許多研究者尋找次優(yōu)的多用戶檢測器，它可以具有合理復(fù)雜度的算法實現(xiàn)較優(yōu)化的性能。近年來隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對移動通信系統(tǒng)的容量、頻譜效率、抗干擾能力等性能的要求越來越高。作為CDMA移動通信系統(tǒng)信號處理的一項關(guān)鍵技術(shù)，多用戶檢測技術(shù)它是消除或減弱CDMA中多址干擾的

35、有效手段，也是消除或減弱CDMA中多徑衰落干擾的有效手段，并且能夠消除或減弱CDMA中遠(yuǎn)近效應(yīng)，同時簡化CDMA系統(tǒng)中的功率控制，降低功率控制的精度要求，彌補(bǔ)CDMA中由于正交擴(kuò)頻</p><p><b>　　5.軟切換技術(shù)</b></p><p>　　軟切換技術(shù)是建立在CDMA系統(tǒng)宏分集接收基礎(chǔ)上的一項新技術(shù)，軟切換技術(shù)是相對于硬切換而言的，當(dāng)移動臺開始與一個新的基

36、站聯(lián)系時，并不立即中斷與原來基站之間通信，這種切換方式即為軟切換。軟切換技術(shù)僅能用于具有相同頻率CDMA信道之間。軟切換技術(shù)可使原小區(qū)和新小區(qū)在切換過渡中支持呼叫。切換過渡是從原小區(qū)先向兩個小區(qū)的共用區(qū)過渡，然后再過渡到新小區(qū)，這樣做不僅可以減少呼叫中斷的可能性，而且使用戶不易察覺切換，在這方面模擬系統(tǒng)以及數(shù)字TDMA系統(tǒng)提供“先斷開再連接”的切換功能，而CDMA系統(tǒng)可以提供“先連接再斷開”的功能。</p><p&g

37、t;<b>　　6.功率控制技術(shù)</b></p><p>　　在移動通信系統(tǒng)中，近地強(qiáng)信號抑制遠(yuǎn)地弱信號產(chǎn)生“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。系統(tǒng)的信道容量主要受限于其他系統(tǒng)的同頻干擾或系統(tǒng)內(nèi)其他用戶干擾。在蜂窩系統(tǒng)中，移動臺至基站的鏈路上容易出現(xiàn)遠(yuǎn)近效應(yīng)的問題，也就是說，離基站近的移動臺的路徑損耗比遠(yuǎn)方的移動臺的路徑損耗低。如果所有的移動臺都使用相同的發(fā)射功率，附近的移動臺必然要干擾遠(yuǎn)方的移動臺。因而用戶發(fā)射

38、功率的大小將直接影響到系統(tǒng)的總?cè)萘浚瑥亩沟霉β士刂萍夹g(shù)成為CDMA系統(tǒng)中最為重要的核心技術(shù)之一。常見的CDMA功率控制技術(shù)可分為開環(huán)功率控制、閉環(huán)功率控制和外環(huán)功率控制三種類型。</p><p><b>　　7.軟件無線電技術(shù)</b></p><p>　　軟件無線電技術(shù)是隨著高級移動電話系統(tǒng)(AMPs)，全入網(wǎng)通信系統(tǒng)(TAcS)，全球移動通訊系統(tǒng)(GSM)，CDM

39、A等新技術(shù)和新標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，數(shù)字信號處理器(DSP)處理速度不斷提高和價格不斷下降的產(chǎn)物。其主要基本思想是高速模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器盡可能地靠近天線來做處理，所有基帶信號處理都用軟件方式代替硬件實施，打破了有史以來設(shè)備的通信功能的實現(xiàn)僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局。軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)是通信領(lǐng)域繼固定通信到移動通信，摸擬通信到數(shù)字通信之后第三次革命。</p><p>　　第三代移動通信系統(tǒng)具有多模、多頻段、多用戶的特點，面

40、對多種移動通信標(biāo)準(zhǔn)，采用軟件無線電技術(shù)對于在未來移動通信網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)多模、多頻率、不間斷業(yè)務(wù)能力方面將發(fā)揮重大作用，如基站可以承載不同的軟件來適應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)，而不用對硬件平臺改動;基站間可以由軟件算法協(xié)調(diào)，動態(tài)地分配信道與容量，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷可自適應(yīng)調(diào)整;移動臺可以自動檢測接入的信號，以便接入不同的網(wǎng)絡(luò)且能適應(yīng)不同的接續(xù)時間的要求。</p><p>　　由于硬件器件技術(shù)的限制，目前軟件無線電的優(yōu)勢尚不能充分地發(fā)揮。因此，

41、應(yīng)針對此技術(shù)的特點，研究具有普遍意義的、不局限于特定硬件水平的軟件無線電長遠(yuǎn)技術(shù)，為移動通信系統(tǒng)的發(fā)展服務(wù)。</p><p>　　1.3多用戶檢測的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　多用戶檢測是抑制多址干擾的一種主要手段，它的理論研究起源于 20 世紀(jì) 80年代初，有關(guān)這方面最早的文獻(xiàn)是 1979 年 Schneider 發(fā)表的一篇文章，但沒有引起人們的關(guān)注。直到 1986 年，Verd

42、u利用對數(shù)似然函數(shù)的可分解性，證明了Schneider 的猜想：直擴(kuò)碼分多址系統(tǒng)中的最優(yōu)多用戶檢測可以由匹配濾波器組后接 Viterbi 譯碼器構(gòu)成。該檢測器的提出，顯示了 CDMA 系統(tǒng)巨大的容量潛力和性能改善潛力，使多址干擾抑制問題引起學(xué)者們的注意。然而，由于最優(yōu)多用戶檢測算法的復(fù)雜度隨系統(tǒng)中用戶數(shù)成指數(shù)關(guān)系增長，當(dāng)用戶數(shù)較大時，運算量非常大，以至于實現(xiàn)起來很困難，但是 Verdu 的工作為進(jìn)一步的研究奠定了理論基礎(chǔ)，促使人們?nèi)で?/p>

43、復(fù)雜度低，性能比傳統(tǒng)檢測器優(yōu)越的各種次優(yōu)多用戶檢測器。多用戶檢測在處理方法上，大致可分為線性與非線性兩大類。線性多用戶檢測包括解相關(guān)檢測、最小均方誤差檢測和最優(yōu)線性檢測等。非線性檢測主要包括并行或串行干擾抵消算法、判決反饋干擾算法以及各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多用戶檢測算法等。線性多用戶檢測是經(jīng)過一個線性變換將匹配濾波器的輸出送入判決設(shè)備。1989年，Lupas </p><p>　　非線性多用戶檢測技術(shù)又稱為干擾抵消技術(shù)，有

44、關(guān)這方面的研究主要集中在多級算法，1990年，Varanasi 提出并分析了并行干擾技術(shù)（也稱非線性多級檢測），它主要的想法是將最大似然多用戶檢測技術(shù)應(yīng)用到每一級中。之后，Patel 提出了串行干擾抵消算法，它的出發(fā)點是在傳統(tǒng)的單用戶檢測的基礎(chǔ)上經(jīng)最簡單的擴(kuò)充得到多用戶檢測，它的缺點是要求上一級得到的判決信號比較準(zhǔn)確，而且，級數(shù)越大，時延越大。Divsalar 等于 1998 年提出了一種改進(jìn)的并行干擾抵消算法，在僅增加很少的復(fù)雜度的情

45、況下解決了此問題。他們的思路是如果以前的判決不可靠，就減去部分多址干擾，隨著可靠性的增加，減去多址干擾的部分就越多。以上的多用戶檢測算法都必須假設(shè)檢測器已知各用戶的擴(kuò)頻碼、時延、用戶功率、信道參數(shù)等，而在實際系統(tǒng)中，由于異步、多徑衰落等因素的影響，要想得到這些信息是非常困難的。為解決這一問題人們進(jìn)行了大量研究，Honig 等人于1995 年首先提出盲自適應(yīng)多用戶檢測，是在約束最小輸出能量（CMOE）的基礎(chǔ)上提出的一種基于最小均方誤差（L

46、MS）的盲多用戶檢測算法—LMS-CMOE。1997 年，Poor 等人又在 </p><p>　　1.4本課題研究的背景與意義</p><p>　　在CDMA系統(tǒng)中，根據(jù)依靠不同擴(kuò)頻碼來區(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，則用戶之間將不存在干擾。然而，在CDMA系統(tǒng)中，由于各個用戶的隨機(jī)接入以及各個用戶擴(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

47、干擾。隨著用戶數(shù)的增加，這種干擾將越來越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能急劇惡化。</p><p>　　以上提出的幾種抗多址技術(shù)方法均未考慮MAI的結(jié)構(gòu)特征，因此這些方法可以削弱MAI但不能從根本上消除MAI。而多用戶檢測技術(shù)將造成多址干擾的所有用戶信號信息均看作有用信號信息，利用其對單個期望信號解調(diào)，來降低多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，也降低了系統(tǒng)對控制精度的要求，進(jìn)而提高了通信系統(tǒng)的容量。所以，多用戶檢測技術(shù)己被列為第三

48、代移動通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　目前多用戶檢測技術(shù)由于其優(yōu)越的性能和商用前景使其成為移動通信領(lǐng)域的熱點之一。由于其要用到CDMA系統(tǒng)原理、自適應(yīng)信號處理技術(shù)、信號檢測與估計等等各個方面的理論知識，所以它有著很高的理論研究價值，而盲多用戶檢測又是其中的熱點之一。</p><p>　　通過回溯多用戶檢測的發(fā)展歷程，我們可以發(fā)現(xiàn)多用戶檢測技術(shù)經(jīng)過無數(shù)前輩的研究已經(jīng)成為一個很

49、有研究價值的課題，而盲多用戶檢測技術(shù)只使用待檢測用戶的觀測數(shù)據(jù)，不需要其他用戶的信息就可以抵消多址干擾。盲自適應(yīng)多用戶檢測技術(shù)是目前多用戶檢測的主要發(fā)展方向，這方面的成果很多，主要包括線性盲多用戶檢測、群盲多用戶檢測、非高斯信道中的穩(wěn)健盲多用檢測、空時盲多用戶檢測和turbo盲多用戶檢測等。線性盲自適應(yīng)多用戶檢測方法是基本內(nèi)容，又可以分為解相關(guān)多用戶檢測、最小均方誤差(MMSE)多用戶檢測、最小輸出能量(MOE)盲多用戶檢測、恒模算法(

50、CMA)盲多用戶檢測、Kalman濾波器盲多用戶檢測器和子空間盲多用戶檢測等。因此，線性盲自適應(yīng)多用戶檢測技術(shù)是目前多用戶檢測的主要發(fā)展方向和研究熱點。</p><p>　　1.5論文的內(nèi)容安排</p><p>　　第一章：簡要闡述了本文的研究背景及意義，并著重介紹了多用戶檢測技術(shù)的發(fā)展歷史以及國內(nèi)外的研究狀況，最后對各章節(jié)的內(nèi)容安排作了介紹。</p><p>　　

51、第二章：多用戶檢測技術(shù)的概述。首先闡明了 CDMA 通信系統(tǒng)的三種數(shù)學(xué)模型多用戶檢測技術(shù)的基本原理以及分類，最后給出了多用戶檢測技術(shù)的幾種性能評價指標(biāo)。</p><p>　　第三章：主要介紹了幾種典型的多用戶檢測技術(shù)，分析了傳統(tǒng)的匹配濾波接收機(jī)、最佳多用戶檢測器以及幾種典型的線性和非線性多用戶檢測算法，比較了其優(yōu)缺點。</p><p>　　第四章：研究了盲自適應(yīng)多用戶檢測技術(shù)，對LMS、R

52、LS盲自適應(yīng)算法進(jìn)行了算法復(fù)雜度以及收斂性的研究，并對LMS算法做了改進(jìn)，通過仿真結(jié)果，對算法進(jìn)行了比較分析。</p><p>　　第五章：詳細(xì)研究了基于子空間跟蹤的盲多用戶檢測算法以及改進(jìn)的子空間跟蹤盲多用戶檢測算法。</p><p>　　第六章：進(jìn)行了全文總結(jié)，并對后續(xù)的研究工作作出了具體的展望。</p><p>　　第二章 多用戶檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)</p

53、><p>　　CDMA通信系統(tǒng)中的主要干擾為碼間干擾和多址干擾(MAI)，如何在存在多址干擾和遠(yuǎn)近效應(yīng)的CDMA系統(tǒng)中檢測出各用戶發(fā)送的信碼是CDMA移動通信系統(tǒng)中目前存在的主要問題。多用戶檢測是一種從接收機(jī)端的設(shè)計入手的干擾抑制方法，它要解決的問題是:如何從相互干擾的數(shù)字信息串中可靠地解調(diào)出某個特定用戶的信號。因此，這對CDMA通信系統(tǒng)來說是一個關(guān)鍵而且極有意義的研究工作。</p><p>

54、　　在 CDMA 通信系統(tǒng)中，多用戶檢測技術(shù)是一種有效的抗多址干擾的方法，它利用包括干擾用戶在內(nèi)的所有有用信息及信號檢測方法，對接收信號進(jìn)行聯(lián)合檢測，最終實現(xiàn)對期望用戶信號的最優(yōu)估計，從而達(dá)到消除多址干擾，提高系統(tǒng)容量，解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題的目的。</p><p>　　2.1 CDMA 通信系統(tǒng)模型</p><p>　　CDMA 作為第三代移動通信系統(tǒng)的多址接入方案，是建立在正交編碼、相關(guān)接收

55、的理論基礎(chǔ)之上，以擴(kuò)頻通信技術(shù)為基礎(chǔ)的多址技術(shù)。在 CDMA 通信系統(tǒng)中，不同的用戶信號是依靠各自不同的擴(kuò)頻碼來相互區(qū)分的，在接收端接收機(jī)利用相關(guān)器從多個混疊的 CDMA 信號中檢測出使用預(yù)定用戶擴(kuò)頻碼的用戶信號，而其余的用戶信號不能被解調(diào)，它們的存在就相當(dāng)于在信道中增加了多址干擾。下面給出 CDMA 移動通信系統(tǒng)的原理框圖，如圖 2.1 所示。</p><p>　　2.2多用戶檢測的基本原理</p>

56、<p>　　在實際的 CDMA 通信系統(tǒng)中，由于各用戶擴(kuò)頻碼的不完全正交，而導(dǎo)致了多址干擾的存在。這種多址干擾不同于一般的背景噪聲，而是具有強(qiáng)烈結(jié)構(gòu)性的擴(kuò)頻序列信號，我們完全可以利用多址干擾的這些已知的結(jié)構(gòu)信息，來削弱或消除多址干擾。多用戶檢測技術(shù)的基本思想就是基于信息論最佳信號檢測理論，充分利用所有用戶的擴(kuò)頻碼的已知結(jié)構(gòu)信息和統(tǒng)計信息對用戶信號進(jìn)行聯(lián)合檢測，從而達(dá)到消除多址干擾和多徑干擾，緩解遠(yuǎn)近效應(yīng)，提高系統(tǒng)容量的目的

57、。下面給出多用戶檢測器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖 2.2 所示。</p><p>　　可以看出，多用戶檢測器就是在傳統(tǒng)檢測器的基礎(chǔ)上，增加了一個多用戶檢測算法模塊，其通過充分利用干擾的結(jié)構(gòu)化信息來實現(xiàn)對用戶信號的聯(lián)合檢測。由式（2.1）可知，假定用戶 k 為期望用戶，在高斯同步 CDMA 系統(tǒng)模型下，接收信號 r ( t )經(jīng)過第 k 個用戶匹配濾波器后輸出的采樣值為：</p><p>　　++

58、 （2.1）</p><p>　　分析此式可看出，第一項為期望用戶信號，第二項為由于各用戶擴(kuò)頻碼不完全正交而導(dǎo)致的多址干擾，第三項為疊加的高斯白噪聲。</p><p>　　多用戶檢測算法的模塊就是找到一合適的權(quán)向量ωk，所謂“合適”就是此ωk能使得各用戶擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)性最小，下面我們可以得到期望用戶的一般解調(diào)形式為：</p><p><

59、;b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　2.3多用戶檢測的分類</p><p>　　2.3.1線性多用戶檢測</p><p>　　由Lupas 和Verdu 提議的解相關(guān)器( 又稱為零驅(qū)動檢測器) 結(jié)構(gòu)如圖所示。這種檢測器是將多用戶通信環(huán)境的多址

60、干擾等效為一個信道的傳輸響應(yīng)矩陣，即碼字之間的相關(guān)矩陣R ，該矩陣僅與各用戶的擴(kuò)頻序列以及序列間的相對時延有關(guān)。得到信道傳輸?shù)哪婢仃嘥，就可以將多用戶信號經(jīng)過K 個匹配濾波器的輸出，再通過此逆矩陣進(jìn)行求逆運算，以等效地消除各用戶擴(kuò)頻序列間的相關(guān)性，從而達(dá)到消除多址干擾的目的。實際上T是一個非因果的無限沖擊響應(yīng)的矩陣傳遞函數(shù)，是不可實現(xiàn)的。在實際情況中要將T 截斷為有限長具體實現(xiàn)可以采用橫向濾波器。</p><p>

61、;　　這種檢測器具有以下特點：必須知道所有用戶的擴(kuò)頻碼及其特性；必須得到所有用戶的定時；必須計算互相關(guān)矩陣R 的逆矩陣；其性能獨立于干擾功率，不需估計功率的大小；不需對用戶幅度進(jìn)行估計。它的缺點是：放大噪聲功率，擴(kuò)大噪聲的影響，而且造成解調(diào)信號很大的時延，也就是說解相關(guān)檢測的性能是以提高背景噪聲為代價換取消除多址干擾。</p><p>　　2.3.2 MMSE 多用戶檢測</p><p>

62、　　使用最小均方誤差準(zhǔn)則，可以得到MMSE多用戶檢測。與解相關(guān)不同它不會增強(qiáng)噪聲。MMSE 檢測器是在消除多址干擾和增大信道噪聲這兩者之間采取折中而達(dá)到某種平衡，從性能上來說，在信噪比低的情況下，MMSE 檢測器優(yōu)于解相關(guān)檢測器，在信噪比高的情況下，解相關(guān)檢測器比MMSE 性能更優(yōu)。</p><p>　　MMSE檢測器的主要缺陷在于它需要估計接收信號的強(qiáng)度，對估計誤差比較敏感。另外，它的性能依賴于干擾用戶的功率。

63、因此與解相關(guān)檢測器相比，MMSE檢測的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力有所損失。</p><p>　　2.3.3多項式擴(kuò)展(PE)多用戶檢測</p><p>　　S.Moshavi提出了一種稱為多項式擴(kuò)展的多用戶檢測方法。這一算法的基本思想是應(yīng)用的矩陣多項式來逼近一個線性變換。多項式擴(kuò)展多用戶檢測實質(zhì)上還是解相關(guān)檢測或者是最小均方誤差檢測，只不過提出了將線性變換陣展開的一種方法。但多項式擴(kuò)展多用戶檢測有一個

64、最重要的特點是在長碼系統(tǒng)和短碼系統(tǒng)中同樣容易實現(xiàn)。</p><p>　　2.3.4盲自適應(yīng)多用戶檢測</p><p>　　對于快時變信道，由于需要頻繁發(fā)送訓(xùn)練序列，從而大大降低了系統(tǒng)的有效性和可靠性。因此，人們開始直接從業(yè)務(wù)信號本身提取信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)檢測技術(shù)，成為盲自適應(yīng)檢測。但是，盲算法的最大問題是其收斂速度能否跟得上信道時變衰落的變化速度。由于盲自適應(yīng)多用戶檢測既不需要訓(xùn)練序列，

65、也不需要其他用戶的擴(kuò)頻碼信息，所需要的信息幾乎與傳統(tǒng)的檢測器相同，因此，它本質(zhì)上是一種單用戶抗多徑自適應(yīng)檢測。盲算法的收斂速度慢是通病，特別對于快速時變信道，這是一個致命的弱點。但對于慢時變的移動信道，它仍是很有吸引力的算法。</p><p>　　2.4 多用戶檢測的性能測度</p><p>　　面對各種各樣的多用戶檢測器，如何評價和比較其性能的優(yōu)劣是我們在應(yīng)用中需要解決的問題。下面將依次

66、介紹幾種常見的多用戶檢測的性能測度指標(biāo)。</p><p>　　2.4.1誤碼率（BER）</p><p>　　在多用戶檢測中，如何更好地降低檢測算法的誤碼率一直是我們最為關(guān)心的問題。</p><p>　　考慮加性 AWGN 信道下，只有一個具有能量為的用戶，則該單個用戶的誤碼率定義為：</p><p><b>　?。?.4）<

67、/b></p><p>　　其中，下標(biāo)“su”表示單用戶系統(tǒng)，σ2為噪聲方差。而 Q 函數(shù)定義為：</p><p><b>　　（2.5）</b></p><p>　　由式（2.6）可知，當(dāng)系統(tǒng)存在干擾用戶時，誤碼率就會增大。此時，我們需要將實際能量用期望用戶的有效能量來代替，得到在多用戶系統(tǒng)中期望用戶的誤碼率為：</p>

68、<p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　其中，下標(biāo)“mu”表示多用戶系統(tǒng)，定義為第 k 個用戶達(dá)到時所需的能量（也稱作有效能量）。</p><p>　　2.4.2信干比（SINR）</p><p>　　在多用戶檢測中，我們通常用檢測器輸出的信號干擾噪聲比，來衡量多用戶檢測的性能。SINR 越高就意味著誤碼率越低，檢

69、測性能越好。</p><p>　　設(shè)用戶 1 為期望用戶，則對于檢測器的權(quán)矢量w1，其信干比可表示為：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　其中，、為期望用戶的幅值和擴(kuò)頻碼，、為干擾用戶的幅值和擴(kuò)頻碼，為噪聲方差。</p><p>　　2.4.3漸進(jìn)多用戶有效性（AME）</p>

70、;<p>　　漸進(jìn)多用戶有效性是一種專門用來衡量由 MAI 而引起的檢測器性能損失的測度指標(biāo)。</p><p>　　對期望用戶 k 而言，多用戶系統(tǒng)達(dá)到單用戶系統(tǒng)相同的誤碼率時所需的信號等效能量與所需的信號實際能量的比值簡稱為多用戶有效性，其具體表示如下：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　其中，

71、由于多址干擾的存在，值介于0到1之間。</p><p>　　漸進(jìn)有效性是指在高斯噪聲功率譜密度σ→ 0的條件下，多用戶有效性的極限。即：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　漸進(jìn)有效性衡量了當(dāng)噪聲趨于0時的誤碼率的指數(shù)衰落率，其取值范圍為[0,1]，越趨于1，其系統(tǒng)抗多址干擾的能力就越強(qiáng)。</p>

72、<p>　　2.4.4抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力（near-far resistance）</p><p>　　抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力是一種定量表達(dá)各種檢測器抵抗“遠(yuǎn)近效應(yīng)”的性能指標(biāo)。它表示檢測器在其它用戶的能力變化時，所能達(dá)到的最小漸近有效性，即：</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　其中，inf 表示下確界。在實際

73、的 matlab 仿真中，為了更明確地表達(dá)檢測器的性能，通常采用期望信號與干擾信號的能量比-誤碼率曲線來表示檢測器的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的能力。</p><p>　　2.4.5漸進(jìn)剩余能量（EOE）</p><p>　　漸進(jìn)剩余能量是衡量多用戶檢測器抗多址干擾能力的又一個性能指標(biāo)。剩余輸出能量定義為：</p><p><b>　?。?.11）</b>&l

74、t;/p><p>　　漸進(jìn)剩余能量是指當(dāng)時，剩余輸出能量的極限即：</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　在多用戶檢測中，漸近剩余能量通常比最小平均輸出能量大一些，其差值越小，就表明檢測器抵抗 MAI 的能力就越強(qiáng)。</p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b>&l

75、t;/p><p>　　本章首先介紹了 CDMA 通信系統(tǒng)的三種數(shù)學(xué)模型，并分析了多用戶檢測的基本思想和原理，然后概述了多用戶檢測技術(shù)的分類和幾種常見的多用戶檢測的性能指標(biāo)。本章著重討論了幾種多用戶檢測器，線性多用戶檢測器，非線性多用戶檢測器以及盲多用戶檢測器。從理論分析上可以看出，盲多用戶檢測是一種最為行之有效的抗多址干擾方法。</p><p>　　第三章 典型的多用戶檢測算法</p&g

76、t;<p>　　3.1傳統(tǒng)的匹配濾波器</p><p>　　傳統(tǒng)的 DS-CDMA 匹配濾波器接收機(jī)，對每個用戶單獨接收，它假定 CDMA 系統(tǒng)各用戶的擴(kuò)頻碼正交，在白噪聲信道中，這一方法是最優(yōu)的。然而實際中由于相關(guān)時延的存在，擴(kuò)展序列之間不可能達(dá)到完全正交。而傳統(tǒng)接收機(jī)將其它干擾用戶看作是白噪聲，對干擾用戶的有用擴(kuò)頻信息未加以利用，因此，傳統(tǒng)接收機(jī)使得系統(tǒng)容量降低，且接收機(jī)檢測可靠性較低。<

77、/p><p>　　傳統(tǒng)的單用戶檢測接收機(jī)見圖 3.1，它是將多址干擾、多徑干擾當(dāng)作等效加性高斯白噪聲來處理，這是一種消極處理方式。傳統(tǒng)的單用戶檢測方法利用擴(kuò)頻碼之間的準(zhǔn)正交性來分離各用戶的信號。接收端用一個和發(fā)送地址碼（擴(kuò)頻波形）相匹配的相關(guān)器（匹配濾波器）來實現(xiàn)信號分離，在相關(guān)器后直接判決。</p><p><b>　　接收信號為</b></p><

78、p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　對于間隔內(nèi)的信號，第k個用戶匹配濾波器的離散時間輸出可用</p><p><b>　　基帶形式表示為</b></p><p><b>　　（3.2）</b></p><p>　　其中第一項是期望用戶信號，第二項是MA

79、I，第三項是噪聲，由于用戶的擴(kuò)頻序列在符號間隔內(nèi)是周期的，因而多址干擾是循環(huán)平穩(wěn)的。顯然，如果擴(kuò)頻波形是正交的，則MAI將消失，此時傳統(tǒng)單用戶檢測器是最優(yōu)的。但多用戶通信中的遠(yuǎn)近問題使得有必要在這種傳統(tǒng)檢測中采用功率控制。式中是第j個用戶與第k個用戶擴(kuò)頻波形的互相關(guān)，定義為，而為高斯隨機(jī)過程，其均值為零、方差等于。若令，，并記歸一化的互相關(guān)矩陣，其對角元素，進(jìn)而（3.2）可以用向量表示為：</p><p>　　且

80、 （3.3）</p><p>　　傳統(tǒng)檢測器沒有考慮多址干擾的影響，當(dāng)干擾用戶數(shù)量增加時多址干擾也增加。尤其是當(dāng)存在遠(yuǎn)近效應(yīng)時，目標(biāo)用戶較弱的信號可能會被其它用戶較強(qiáng)的信號淹沒?，F(xiàn)有的系統(tǒng)使用功率控制來緩解這一問題，但精確的功率控制是困難和復(fù)雜的。同時，在傳統(tǒng)的單用戶檢測系統(tǒng)中，若要達(dá)到10-4的誤碼率，在不考慮編碼時，其頻譜利用率只能達(dá)到10%左右。對頻譜資源日

81、益緊張的無線通信系統(tǒng)來說，系統(tǒng)容量和頻譜利用率的提高是至關(guān)重要的。由此我們看到，基于傳統(tǒng)單用戶檢測方法的DS-CDMA系統(tǒng)是一種干擾受限的系統(tǒng)，其性能的提高受限于多址干擾。</p><p>　　3.2最優(yōu)多用戶檢測技術(shù)</p><p>　　1986年，S.Verdu等人提出了最早的高斯信道下的多用戶檢測器：最優(yōu)多用戶檢測器 。在各用戶信號發(fā)射信號先驗等概的情況下，最佳多用戶檢測器就是一個最

82、大似然準(zhǔn)則的多用戶檢測器，它采用Bayes后驗概率最大的原理，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)射信號集序列差錯最小。</p><p>　　具體說來，就是求b使似然函數(shù)</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　最大化，式中</b></p><p>&

83、lt;b>　?。?.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　則式（3.4）的最大化等價于選擇b使</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　最大化。由于聯(lián)合最優(yōu)決策式（3.7）中最大化函數(shù)所用的觀測值只通過配濾波器

84、輸出，所以y是b的充分統(tǒng)計量。</p><p>　　似然函數(shù)J（b）取最大值時，解調(diào)出來的b的誤碼率最小。遍歷所有2K個可能解的組合，從中找出使函數(shù)值最大的一個作為檢測結(jié)果。該方法具有與用戶數(shù)量成指數(shù)關(guān)系的計算復(fù)雜度。</p><p>　　最優(yōu)多用戶檢測器的抗遠(yuǎn)近能力是重要的，因為它是任何一種多用戶檢測器所能達(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)檢測器相對性能的一個測度。鑒于此

85、，最優(yōu)多用戶檢測器的抗遠(yuǎn)近能力常簡稱為最優(yōu)抗遠(yuǎn)近能力。</p><p>　　其研究結(jié)果表明，這種最優(yōu)檢測器的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)檢測器，十分接近單用戶檢測器性能，但是這種檢測器的算法復(fù)雜度隨用戶數(shù)增長呈指數(shù)增加。因此，雖然最優(yōu)多用戶檢測具有最佳的抗多址干擾能力，但在實際中難以實現(xiàn)。</p><p>　　3.3次優(yōu)多用戶檢測技術(shù)</p><p>　　次優(yōu)多用戶檢測主要包括

86、非線性檢測，線性檢測，和兩者相結(jié)合的決策反饋檢測等。</p><p>　　3.3.1非線性多用戶檢測</p><p>　　非線性多用戶檢測可以分為干擾抵消多用戶檢測和概率類多用戶檢測等兩大類技術(shù)。</p><p><b>　　1)干擾抵消檢測器</b></p><p>　　干擾抵消檢測器主要是利用反饋來減小多址干擾。它的

87、基本原理是：從存在多址干擾的信號中提取期望用戶信號，首先必須恢復(fù)干擾信號，即其它用戶信號；然后從整個接收信號中減去這些多址信號，最終獲得期望用戶信號。主要包括串行干擾抵消器、并行干擾抵消器、混合干擾抵消器等。這類檢測器是以降低了大功率用戶的性能為代價來提高弱用戶性能。</p><p>　　a.串行干擾抵消器（SIC）</p><p>　　串行干擾抵消器在檢測判決的每一級按信號強(qiáng)度大小從接收

88、信號中抵消掉一個功率最強(qiáng)的多余的用戶信號，所以下一級信號的多址干擾降低。對于最弱的信號用戶來說，這種算法在減少多址干擾方面獲得巨大改善。但是，如果起始數(shù)據(jù)的估計不可靠，SIC檢測器將會出現(xiàn)嚴(yán)重失真，所以，最強(qiáng)用戶的估計的可靠性將起決定作用。</p><p>　　缺點：每一級都有延時，當(dāng)信號功率強(qiáng)度順序發(fā)生變化時需要重新排序，如果初始數(shù)據(jù)判決不可靠，將對下級產(chǎn)生較大的干擾。</p><p>

89、　　b.并行干擾抵消器（PIC）</p><p>　　并行干擾抵消器 是對每一用戶估計時同時減去其余所有用戶的多址干擾。PIC抵消器也可以是多級結(jié)構(gòu)，在每一級對算法進(jìn)行重復(fù)，利用前一級的數(shù)據(jù)估計作為下一級的輸入，并產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)估計作為輸出。</p><p>　　在非功率控制的衰落信道，SIC性能優(yōu)于PIC，而在功率控制較好的信道中， PIC的性能較SIC更優(yōu)。</p><

90、;p>　　該算法具有處理延時短、無需按功率排序、實現(xiàn)復(fù)雜度低；缺點是如果初始數(shù)據(jù)判決不可靠，將對下級產(chǎn)生較大的干擾。</p><p><b>　　2)概率類檢測器</b></p><p>　　在各種非線性檢測器中，非概率類檢測器研究的較少，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測是近年來研究的一個新方向。</p><p>　　由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)大規(guī)模并行處理、

91、計算復(fù)雜的非線性變換、分布式存儲與運算二合為一等功能，因此近年來被廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的并行處理和自學(xué)習(xí)功能，只要合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)，其性能將接近最佳多用戶檢測器。但是，它的訓(xùn)練過程太長，參數(shù)選取依賴于經(jīng)驗，把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于多用戶檢測技術(shù)的探索還在不斷深入和完善。</p><p>　　3.3.2線性多用戶檢測</p><p>　　由于非線性檢測器存在誤差擴(kuò)散，考慮線性

92、檢測不僅能降低復(fù)雜度，而且能克服誤差擴(kuò)散問題。所以線性多用戶檢測器的研究更為廣泛。最優(yōu)檢測理論能夠在漸進(jìn)效率和抗遠(yuǎn)近效應(yīng)上達(dá)到最優(yōu)，但在實際中難以實現(xiàn)。解相關(guān)檢測和最小均方誤差檢測都不能使?jié)u進(jìn)效率最優(yōu)，但可以達(dá)到最優(yōu)的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力。</p><p>　　線性檢測的結(jié)構(gòu)是在匹配濾波器后面加一個線性變換矩陣。線性檢測需要對矩陣求逆，運算量較大，因此，需要擴(kuò)頻碼是短碼。線性檢測最大的優(yōu)點是不需要像干擾抵消中的符號的集

93、中檢測，每個用戶單獨接收，需要的邊信息較少，因此實現(xiàn)的復(fù)雜度更低。</p><p>　　1)解相關(guān)多用戶檢測</p><p>　　多址干擾是由于不同用戶的擴(kuò)頻波形不正交引起的。因此，為了抑制多址干擾，我們會很自然聯(lián)想到應(yīng)該將所有用戶擴(kuò)頻波形之間的線性相關(guān)解除掉，完全消除不同用戶之間的相互干擾，這就是解相關(guān)多用戶檢測器的基本思想 。多址干擾是由于不同用戶的擴(kuò)頻波形不正交引起的。</p&

94、gt;<p>　　k個匹配濾波器組輸出的向量形式可以寫作</p><p><b>　　（3.8）</b></p><p>　　假定互相關(guān)矩陣R可逆（這等價于假定各用戶的擴(kuò)頻波形線性獨立），則在無噪聲（即σ=0）的情況下，有</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>

95、;　　檢測出來的信號可表為</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　可見，若各用戶特征波形線性獨立，則式（3.10）的檢測器可以對每一個用戶實現(xiàn)完全的解調(diào)。</p><p>　　在存在噪聲n的情況下，用R-1乘式(3.8)的兩邊，則得</p><p><b>　　（3.11）<

96、;/b></p><p>　　由于式(3.11)仍然沒有來自其他用戶的干擾，故檢測器與所有的獨立，唯一的干擾源為背景噪聲。由于其他用戶的干擾被置零，所以解相關(guān)檢測器也稱迫零檢測器。解相關(guān)檢測器如圖3.2所示。(Q = R)</p><p><b>　　缺點：</b></p><p>　　1.由于需要計算矩陣求逆Q，計算量較大。</p

97、><p>　　2.檢測器輸出信號噪聲加強(qiáng)了，而且當(dāng)用戶互相關(guān)性增加時，解相關(guān)器性能變差。</p><p>　　3.需要所有用戶擴(kuò)頻碼的信息，這些信息往往由于傳播信道而發(fā)生畸變。</p><p>　　4.當(dāng)用戶數(shù)經(jīng)常變化、多徑傳播或異步通信時，相關(guān)矩陣維數(shù)龐大且經(jīng)常變化，求逆復(fù)雜度較高，難以滿足實時要求。</p><p>　　2)最小均方誤差多用戶

98、檢測（MMSE）</p><p>　　對于解相關(guān)檢測器，若存在多址干擾較弱，背景噪聲較強(qiáng)時，其檢測性能可能會低于傳統(tǒng)檢測器。而最小均方誤差檢測器能較好解決這個問題。MMSE檢測器的設(shè)計目標(biāo)是第k個用戶發(fā)送信號b與其估計值之間的誤差的均方值達(dá)到最小，即在MMSE準(zhǔn)則下求最佳矩陣M，使得誤差定義的代價函數(shù)最小化。它的檢測器結(jié)構(gòu)與解相關(guān)檢測器相比，是用模塊替換了解相關(guān)檢測模塊。MMSE檢測器結(jié)合了解相關(guān)檢測器和傳統(tǒng)檢測

99、器的特性，當(dāng)多址干擾較強(qiáng)、噪聲分量可以忽略時，MMSE檢測器實質(zhì)上就是解相關(guān)檢測器，而當(dāng)噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于多址干擾時，MMSE檢測器退化為傳統(tǒng)的單用戶檢測器。</p><p>　　從圖3.3中我們可以看出，匹配濾波算法和解相關(guān)算法是MMSE算法的兩種特殊情況：</p><p>　　(1)當(dāng)背景噪聲趨于零時，最佳矩陣，MMSE算法蛻化為解相關(guān)檢測算法；</p><p>　　

100、(2)當(dāng)背景噪聲趨于無窮時，M是一個對角占優(yōu)矩陣，此時，MMSE算法蛻化為匹配濾波算法。</p><p>　　在前面的分析中，我們知道MMSE算法可以同時抑制多址干擾和背景噪聲。在相同的條件下，MMSE算法的誤比特率均小于匹配濾波算法和解相關(guān)算法。而且互相關(guān)系數(shù)越大，MMSE算法性能改善越大。同時，由于MMSE算法是部分去相關(guān)的，因而在抗遠(yuǎn)近效應(yīng)方面比匹配濾波算法要好，但比解相關(guān)算法要差。</p>

101、<p>　　缺點：MMSE算法需要估計接收用戶信號的幅度或能量，由于不能完全去相關(guān)也就有一定的遠(yuǎn)近效應(yīng)，所以其性能依賴于干擾用戶的信號功率。另一方面，MMSE算法需要矩陣求逆運算，在用戶數(shù)較多時算法運算量很大，工程實現(xiàn)困難。</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　線性多用戶檢測主要有最優(yōu)線性檢測、解相關(guān)檢測、MMSE檢測三種

102、。最優(yōu)線性檢測難以實現(xiàn)，解相關(guān)檢測雖能完全抑制多址干擾，但它是以提高噪聲功率為代價的。MMSE檢測器的性能要優(yōu)于解相關(guān)檢測器，且有利于采用自適應(yīng)方法實現(xiàn)，因此MMSE多用戶檢測得到了廣泛的研究。</p><p>　　在實際的CDMA通信系統(tǒng)中，收端不可能知道所有發(fā)端用戶信息，而且多用檢測的參數(shù)如：振幅、相位和用戶間的互相關(guān)系數(shù)經(jīng)常改變，因此目前研究自適應(yīng)盲多用戶檢測算法已經(jīng)成為一個熱點。</p>&

103、lt;p>　　第四章 同步 AWGN 信道下的盲多用戶檢測</p><p>　　本章主要介紹盲多用戶檢測算法的基本原理以及典范表示，通過仿真分析了兩種基于 CMOE 準(zhǔn)則的盲多用戶檢測算法：LMS 算法和 RLS 算法，并對 LMS 算法做出改進(jìn)，最后對兩種算法進(jìn)行了比較分析。</p><p>　　4.1盲多用戶檢測概述</p><p>　　抗多址干擾接收的目

104、的就是在接收過程中，盡量提取期望檢測的用戶信息，同時抑制其它多址干擾。目前已經(jīng)提出了多種對抗多址干擾的多用戶檢測器，方案實現(xiàn)所要求的信號參數(shù)雖不相同，但是大多數(shù)不是要求知道干擾用戶的擴(kuò)頻碼知識，就是需要發(fā)送訓(xùn)練序列，唯有盲多用戶檢測器例外。</p><p>　　Woodward 等人于1998年比較總結(jié)了幾種接收機(jī)所需的先驗信息（見表4.1）。</p><p>　　表 4.1 不同多用戶

105、檢測器所需信息（需要 Y，不需要 N）</p><p>　　然而，在某些應(yīng)用場合干擾用戶的擴(kuò)頻序列并不為接收機(jī)所知，最典型的應(yīng)用環(huán)境如 DS-CDMA 蜂窩系統(tǒng)前向鏈路中，由于移動臺的復(fù)雜度限制和安全方面的原因，移動終端通常不知道其它用戶的擴(kuò)頻序列。在反向鏈路，基站接收機(jī)通常不知道其它小區(qū)用戶的擴(kuò)頻序列。</p><p>　　對于需要干擾用戶先驗信息的接收機(jī)而言，最多只能消除來自本小區(qū)的干

106、擾，對于來自其它小區(qū)的多址干擾無能為力。一般自適應(yīng)多用戶檢測方案不需要知道干擾用戶的任何知識，但要求訓(xùn)練序列。其工作過程中的準(zhǔn)則是使輸出值與理想數(shù)據(jù)之間的均方誤差最小，即服從 MMSE 準(zhǔn)則。自適應(yīng)多用戶檢測雖具有一些優(yōu)點，但當(dāng)信道響應(yīng)突然發(fā)生變化或出現(xiàn)新的同信道用戶時，訓(xùn)練序列便需要重新發(fā)送，這勢必造成信道帶寬的浪費；另一方面，對于 DS-CDMA 的前向鏈路，移動用戶很難獲知干擾用戶擴(kuò)頻波形的準(zhǔn)確信息。因此研究不需訓(xùn)練、也不需獲知干

107、擾用戶信息的盲自適應(yīng)多用戶檢測器，已成為目前研究的一個熱點。</p><p>　　4.2盲多用戶檢測的基本原理</p><p>　　只使用待測用戶的觀測數(shù)據(jù)，不需要其他用戶（干擾用戶）信息就可以抵消多址干擾進(jìn)行檢測的自適應(yīng)多用戶檢測器稱為盲自適應(yīng)多用戶檢測器，常簡稱為盲多用戶檢測。所謂“盲的”是指我們不知道其他用戶的任何信息，即僅要求知道期望用戶的特征波形與定時。</p>&

108、lt;p>　　在盲多用戶檢測中，由于其它干擾用戶的擴(kuò)頻序列未知，所以可以利用信息只有接收機(jī)端觀測到的數(shù)據(jù)，故盲多用戶檢測器是直接基于對接收信號的處理。由于通信系統(tǒng)中的信號都是人為的構(gòu)造的，所以我們還可以有被發(fā)射的數(shù)據(jù)序列的統(tǒng)計規(guī)律這一輔助信息可以利用。</p><p>　　總的來說，以下性質(zhì)可以利用：</p><p>　　(1)信號統(tǒng)計分布特性</p><p>

109、;　　現(xiàn)代通信系統(tǒng)中信號都是數(shù)字化的，數(shù)字調(diào)制信號的分布都是離散的，信息碼元只會在有限個狀態(tài)取值，數(shù)字調(diào)制信號的分布為非高斯的，而且獨立同分布非高斯隨機(jī)變量的線性組合在分布上比原分布更趨于高斯分布，所以可以通過分析這種分布變化的趨向，并滿足使輸出分布最“遠(yuǎn)離”高斯分布的情況對應(yīng)某一代價函數(shù)的極小值，從而達(dá)到提取某一用戶數(shù)字信號的目的。如果只單純利用數(shù)字信號的統(tǒng)計特性從多個數(shù)字信號的線性組合中提取其中之一，會出現(xiàn)誤將干擾用戶的信號提取出的

110、情況即病態(tài)收斂，可以通過結(jié)合已知目標(biāo)用戶的擴(kuò)頻序列知識對收斂域加以限制來減少錯誤收斂的機(jī)會。</p><p><b>　　(2)子空間結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　在接收機(jī)端觀測到的信號是所有用戶信息碼元取不同值時對應(yīng)的擴(kuò)頻波形的線性組合疊加高斯噪聲后的結(jié)果。雖然噪聲的隨機(jī)性使得觀察值可能取得 N 維空間中的任何一個點，但是在實際通信系統(tǒng)中，發(fā)送數(shù)據(jù)的用戶的信號強(qiáng)