空时多用户信号检测

根据(2)，接收信号可以写为如下向量形式：
r SAb n
(3)
其中，sk
1 N
[c0k ,L
, cNk 1]T
为第k个用户的归一化扩频序列向
量。N为扩频增益。
AKK diag[ A1,L , AK ]
n 均值为零、协方差为 I N 的高斯白噪声向量
SNK =[s1,L , sK ] 为扩频码波形
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相关概念与技术
蒙特卡罗仿真：用于估计数字通信系统 的误码率时，通过对接收机的输出与传输 的原始二进制信号对比，并用计数器记录 错误比特数来实现。
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相关概念与技术
最优空时多用户检测器 线性空时多用户检测器 非线性多用户检测器 时空解相关多用户检测器
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空时多用户检测基本原理
r(t)
输入
3
研究的目的和意义
目的与意义：
抑制干扰，提高系统数据链路质量，提高 基站覆盖范围，抑制同信道干扰和媒介干扰， 提高通信系统的性能和容量。
由于传统单纯基于时域的多用户检测器(全 向发射)不能处理不可被识别的多径分量，导致 增强干扰背景。空时多用户检测技术能使移动 的信号发射自适应指向对应的基站，从而削弱 干扰背景和减小临近小区干扰。
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解相关多用户检测算法
接收的连续信号经过匹配滤波器输出进行采样得到
T
yk 0 r(t)sk (t)d (t), k {1, 2,L , K}
(4)
将式(1)中的r(t)带入(4)，得到其离散输出为
K
yk (t) Akbk (i)
Akbk (i) jk nk
(5)
j1, jk
其中， jk 是第j个和第k个用户特征波形的互相关。
局限性：对噪声具有放大效应，增加了干扰噪声。不适 用于SNR低的环境。逆矩阵运算的复杂度高，硬件实现 困难。系统性能的提高是以提高背景噪声功率为代价。
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解相关多用户检测算法
考虑K个用户的同步基带数字DS-CDMA系统，接收信号为
r(t) s(t) n(t)
(1)
n(t) 是具有单位功率谱密度的加性高斯白噪声信
程序 开始
仿真 参数 确定
调入 Gold
码
产生用 户数据 调制与
扩频
加噪 声
解相 关接 收机
计算 误码
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相关概念与技术
多用户检测器：能够有效抑制多址干扰的接收 机
性能评价：误码率(bit error rate)、渐近多用户 有效性(asymptotic multiuser efficiency)、抗远 近能力(near-far resistance)
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相关概念与技术
误码率(bit error rate)
(8)
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解相关多用户检测算法
考虑噪声情况下，
bˆ k =sign{R1(RAb+n)}k =bk +n
(9)
第K个用户的误码率为
pk
=p[n
A]
Q
A
2
R1 k ,k
(10)
其中,
R1 k,k
为矩阵R-1的第(k,k)个元素。
18பைடு நூலகம்
解相关多用户检测算法
解相关检测器结构
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解相关多用户检测算法
y RAb n, 且 E{nnT } 2R
(6)
其中，y ( y1, y2 ,L , yk )T , b (b1, b2 ,L , bk )T , n (n1, n2 ,L , nk )T
假设互相关矩阵 R 可逆，在无噪声情况下=0 有
R1y R1RAb Ab
(7)
检测信号输出为
bˆ k =sign[R1y]k =sign(Ab)k =bk
号2 为噪声功率，s(t)是K个用户信号的叠加。
只考虑一个码元周期内的接收信号，得到简化信号模型
K
r(t) Akbk sk (t) n(t), t [0,T ] (2) k 1
T是字符间隔，Ak,bk,sk分别是第k个用户接收信号的幅度、 信息比特序列和具有单位功率的特征波形。
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解相关多用户检测算法
Pq,su () Q
Eq 2
单 用 户
Pq () Q
eq () 2
多 用 户
Qx
1
eu2 /2du
2 x
2----噪声方差
---Q函数 Eq , eq () ---用户能量
大多数通信系统的目标是减小误码率。
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相关概念与技术
渐近多用户有效性: 定义为多用户系统达到单用
户系统相同的误码率(BER)所需能量与单用户系
空时多用户信号检测
线性空时多用户检测器
内容介绍
研究的目的和意义 相关概念与技术 解相关检测器 最小均方误差检测器 总结
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研究的目的和意义
存在的问题
1. 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，因此造成多用 户之间的相互干扰(多址干扰)。
2. 传统移动通信信号处理仅考虑时间信号处 理，这样导致对共道干扰(CCI)抑制不足。
nk 是均值为零，方差为2 的高斯随机过程。
T
jk 0 s j (t)s k (t)dt
T
nk 0 s j (t)n(t)dt
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解相关多用户检测算法
令s [s1,L , sk ]T , A diag[ A1,L , Ak ], R E{ssT } [jk ], jj 1
从而(5)可转化为向量形式：
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经典算法
解相关检测器 最小均方误差检测器
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解相关多用户检测算法
基本思想：利用用户扩频码序列的自相关逆矩阵对匹配滤 波器的输出进行线性变换。
优点：可以克服多址干扰和远近效应，复杂度与用户数 量呈线性关系，检测器的误码率只与期望用户的功率和 背景噪声有关，与其他干扰用户的功率无关，因此，不 用估计其他用户的信号幅度。
统所需能量之比，即：
q
()
eq () Eq
它是衡量干扰用户对期望用户误码率影响的测 度。
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相关概念与技术
抗远近能力(near-far resistance): 定义为所有有 关用户能量范围内测量到的最坏情况下的渐进 有效性，即：
q
inf
Ej 0
q
()
jq
由于接收功率弱的用户信号会被接收功率强的 用户信号淹没。因此，多用户检测器需要具有 抗远近效应的能力。
解扩匹配滤波器1 y1 解扩匹配滤波器2 y2
解扩匹配滤波器k yk
yˆ1
多
用 户
yˆ2
检
测
算
法 yˆk
判决用户1 bˆ1
判决用户2 bˆ2
判决用户k bˆk
基于已知的结构和统计信息在信息论的最佳信号检测理论 指导下，多个用户的匹配滤波接收的基础上，充分利用已 知伪码的结构信息，设法消除其他用户的干扰。