宽带移动通信中多用户检测的_研究毕业论文(编辑修改稿)

宽带移动通信中多用户检测的_研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

术的原理，主要是传统多用户检测、解相关检测和 MMSE 检测。 第三章 主要 对三种多用户检测算法进行了仿真，根据仿真结果图分析三种多用户检测算的性能。 第 2 章 多用户检测的概述 5 第 2 章 多用户检测 的概述 CDMA 信号模型 一般典型多用户的系统模型为 图 21 所示： 图 21 典型多用户系统模型 K 个同步 CDMA 系统，在加性高斯白噪声信道条件下，接收端基带信号可用下面公式表示： (21) Ak 是第 k 个通信用户的信号幅度， Tb 是信息符号的间隔， n(t)单位功率谱密度的高斯白噪声，σ 为噪声的均方误差， {bk(i)∈ [1,1]}是 k 个用户中某一用户发送的信息序列。 将 k 个用户的特征波形进行归一化 Sk(t):调制 1信道 C k扩频 k信道 C 2扩频 2扩频 1b 1b kb 2信道 C 1调制 k调制 2+N ( t )匹配 2匹配 1匹配 k多用户解调算法b 1b 2b k  )()()( 1 tnititr TSBA bkki kk k     ])1(,[ TT bb iit 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 6 , 1≤ t≤ Tb N 扩频增益 ， Tc 码片间隔， 第 k 个通信用户的扩频码序列， Ci(k)∈ {0,1},码片波形为具有单位能量的矩形波。 多用户检测 技术的出现 多址干扰， 指同 一 CDMA 系统中多个用户的信号在时域和频域上是混合 叠 加 的。 CDMA 系统 是对每个用户分配不同的地址码，以此来区分他们 ，但多个用户的信号在时域和频域上是混叠的， 因此 在频域会产生一定的同频和邻频干扰， 称 为多址干扰。 CDMA 系统的一个缺陷就是多址干扰，它源于系统中期望用户的扩频码序列与系统中其他用户扩频码序列互相关系数补位零。 一般将系统受到的干扰分为三种：多径干扰、加性白噪声干扰和多址干扰。 当通信系统中通信用户数量较多，且同时通信时，多址干扰会成为系统的最主要 干扰方式。 多址干扰在严重影响系统性能的同时，也会严重降低系统的容量。 因此，克服多址干扰是通信系统的一项重要任务，在 CDMA 系统中克服多址干扰的措施： 功率控制技术。 在通信系统中，用户不是固定在一个地方， 而 是随机移动的 ，因此在基站的接收端距离基站近的用户要比远的用户通信信号的功率大，此外，器件的非线性也会引发“远 近”效应问题，这就使得多址干扰更加复杂化，为了解决这一难题，现实通信工程中采用功率控制技术，使通信中不同远、近用户到达接收点的功率或信噪比平衡一致。 显然功率控制只是减少了多址干扰的影响，而没有从根本 上消除。 空间滤波技术。 空间滤波技术的思路是将存在多址干扰的小区按区间区  )(1 11 , TCS cNj kjkjtNt    10, NjkjC第 2 章 多用户检测的概述 7 域把大区分割成多个小区，这样多址干扰就可以分散到若干个小区的局部小区，使得每个子小区内减少多址干扰的影响。 在现实操作上可将用户小区划分为空间相互独立的 多个扇形区，也可以采用智能天线技术用更多更窄的动态波束来隔离用户间信号的干扰。 设计合理码型，码型的设计是克服多址干扰的优良途径。 在 CDMA 系统中，我们可以设计出一组完全正交的扩频序列，如果在用户接收端也采用互相关为零的正交扩频序列，那么通信用户间是不会产生多址干扰的。 但在实际通信系统中， 这种理想状态是很难实现的，扩频序列间能够完全正交的可能性很小。 理论证明，同时具有理 想互相关特性和自相关特性的二进制扩频序列是不存在的，即多址干扰一直 存在。 所以，只要互相关越小，多址干扰的影响就会越小。 那么我们就可以采用互相关函数小的扩频码序列和扩频码组来减少多址干扰。 多用户检测技术。 多用户检测是引用信息论并且经过严格的理论分析后提出的一种抗多址干扰的技术 ，它充分利用扩频序列引入的结构信息来进行处理，以期能够正确的检测出期望用户的信息。 利用多用户检测技术，不仅可以抗多址干扰和抗“远 近”效应，还可以解决多径 干扰这一问题。 因此，多用户检测技术不仅是第三代移动通信的关键技术，也是现在各国第四代移动通信的重要技术，发展前景广阔。 多用户检测技术利用多址干扰的结构特征，在多址干扰的环境下，将多址信号看成有用成分考虑进来，联合多个用户的扩频码、定时、延迟、幅度等先验信息一次性检测出所有用户信号。 它是一种新型抗多址干扰技术，基本思路为： 从信息论上来说，码分多址通信系统是一个多入多出的系统，利用信息论中的最优信号检测方法，寻找蜂窝 CDMA 移动通信系统中多用户的最优联合检测理论 [17]。 最大化的利用扩频序列的结构信息。 一般情况下，将 CDMA 通信系统接收机中的多径干扰和多址干扰看作白噪声，当作没有用的信息来处理。 研燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 究表明，多径干扰和多址干扰并不是 毫无用处的白噪声，它们是有着强烈结构性的伪随机序列，并且通信用户与传输路径之间的相关函数都是已知的，因此通过理论研究可知，我们可以充分利用这些伪随机序列的统计信息和已知结构信息，来减小甚至消除它的负面影响， 以此提高通信系统的性能。 最优联合检测方法也是可行的。 根据信息论中最佳信号检测理论，充分利用扩频序列的已知结构特征和统计信息，通过匹配滤波器组 来进行多用户检测，消除其他通信用户对期望用户的干扰，在理论上是可以实现的。 多用户检测技术的主要用途是提高通信系统中宽带的 效率，扩大系统容量，增大通信覆盖范围，消除小区内用户间的干扰。 多用户检测技术的性能是由跟踪信息码的差错、捕捉到的能量和相位的影响决定的。 因为小区内的干扰被消除，而消除小区间的干扰所获得的能量受到了影响，所以多用户检测方法并未消除小区间的干扰。 多用户检测技术降低了对功率的要求，它在一定程度上缓解了“远 近”效应问题。 对多用户检测技术的研究一般在上行链路（ 信号从移动台到基站的物理通道）。 对 IS95 的研究表明， IS95 有天线分集的不相干上行链路，一般情况下，它比有正交码相干的下行链路（从基站到移动台的物理通道）的性能要差，也就是说这一通信系统的容量受到了上行链路的限制， 第三代码分多址通信系统在上行链路上采用相干检测，再考虑到天线分集，下行链路比上行链路的性能要差。 多用户检测技术把减少的在上行链路上的干扰功率用于扩大小区的通信范围上， 改进了小区的覆盖情况，但它并不依赖于系统负载。 在不同的环境中，多用户检测的有效性能是不相同的，还有其他因素限制，因此改进的效果并不固定，需要根据实际情况来决定。 多用户检测的定义和分类 多用户检测：联合考虑 同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其他用户对任意 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的检测方法。 多用户检测技术不仅仅在 3G 上广泛应用，在现在的 4G 上也至关重要，它毕竟能够有效地消除小区内用户间的干扰，提高了移动通信的效率。 第 2 章 多用户检测的概述 9 多用户检测器一般分为次 (准 )最优多用户检测器和最优多用户检测器，由于最优多用户检测器只 能在理论上实现，而不能在现实的通信系统中实现，所以人们主要以次 (准 )最优多用户检测器作为研究对象。 对于次 (最 )优多用户检测器的分类，我们仅从非线性和线性两方面来考虑。 具体如 下 图 所示： 图 21 图 21 a) 多用户检测器最优多用户检测器 次最优多用户检测器非线性多用户检测器线性多用户检测器序列检测分组检测干扰抵消型基于神经网络的多用户检测混合型干扰抵消串接干扰抵消SIC并接干扰抵消PIC非线性多用户检测器燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 图 21 b) 多用户检测的性能参数 对 多用户检测技术 的研究，能够具体表现出来的就是它的几个性能参数。 误码率 ，通信系统中传输错误码的个数与传输总码数的比值。 在多用户检测技术中，最重要的一个指标就是误码率，该性能指标是多用户检测器在较大信噪比环境下的误码率，一般情况下，通信系统都是减小误码率，提高通信系统性能。 假设通信系统只存在一个用户 q 时，在加性高斯白噪声信道的能量为 Eq，噪声方差为 σ2，则该用户的误码率为： 解相关检测器非自适应型自适应型最小均方误差检测器盲型非盲型单用户MMSE多用户MMSE最小输出能量MOE检测器Griffiths 自适应检测器子空间型盲自适应检测器线性多用户检测器第 2 章 多用户检测的概述 11 (22) 式中： 是 Q 函数。 当用户数量增多时，就会出现干扰用户，此时误码率就会增大。 因此， 我们要用期望用户 q 的等效能量 eq(σ )来替代实际中的能量 Eq。 此时，多用户系统中所期望的用户误码率 为： (23) 式中， eq(σ )为第 q 个用户到 Pq(σ )传输信息时所需要的能量。 渐近多用户有效性。 在移动通信系统中，我们对检测器的性能考量主要是因多址干扰造成检测器的性能损失，该性能的损失用多用户渐近多用户有效性来衡量，它是 1986 年由 Verdu 引入的。 渐近有效性：在通信系统中，干扰用户对期望用户的误码率影响的程度。 多用户有效性：在移动通信系统中，多用户系统达到单用户系统相同的误码率所需要的能量与单用户所需要能量的比值，该表达式为： (24) 当噪声方 差 σ 趋近于零时， ηq（ σ）的极限就是第 q 个通信用户的渐近有效性，记作 ηq。 渐近多用户有效性在低信噪比条件下多用户的有效性 ηq（ σ）的极限为：     2EP qd e fq Q  de uxuxQ   2221       2eP qd efq Q   Eeqqdefq 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 (25) 上式中 sup 表示上确界。 渐近有效性的取值范围为 [0,1],该取值 范围的 含义 ：由 公式 (25)知，背景噪声趋近于零而 Pq(σ)不趋近于零时，渐进有效是为零的，也就是说，在没有背景噪声的环境下，单用户匹配滤波检测器仍然存在一定的误码率。 此外 ，正的渐近有效性表示误码率小而且仅随 σ→0 而趋近于零，此时的衰减速率为 1/σ2。 如果 ηq=1 表示通信系统中期望用户没有受到其他任何用户的干扰。 同步 DSCDMA 系统使用一般接收机时，其渐近有效性为： (26) Pjq 是用户 q 和 j 的扩频波形的互相关。 低噪声下的误码率和渐进有效性是两个等价的性能衡量标准。 抗 “远 近 ”能力。 由于通信用户距离基站的距离是不相同的，所以基站对用户的接收功率不相同，故引起了远近效应，接收功率强的用户把接收功率弱的用户信号给淹没，影响通信质量；为了解决这一问 题， 等人提出了抗 “远 近 ”能力这一理论。 解决抗 “远 近 ”效应问题，要求多 用户检测器具备这种能力，对多用户检测器抗“远 近”效应能力的程度进行统一的量化，这种量化一般用抗“远 近”效应来表达。    0。 10s u p limlim00 。