线性多用户检测器的研究

互相关矩阵的构造对解相关算法性能 的影响
对参考用户而言
z
s1 (t iT ) c1 (t iT ) (t iT ) c1
s2 (t iT )
o
s1 (t jT )
ji
y
x
互相关矩阵的构造对解相关算法性能 的影响
• 对于参考用户而言，多余信息的引入是 降低系统误码性能的重要因素。 • 对其他用户而言，仅利用部分信息就进 行解相关检测是降低系统误码性能的重 要因素
线性多用户检测器的研究
任品毅 2001.11.15
传统检测器或单用户检测器
i为任意整数, ˆ Hale Waihona Puke Baiduk (i) sgn yk (i), k 1,, K
其中yk (i) r (t )sk (t iT k )dt

yk (i)由待检测用户信息、多 址干扰、信道噪声组成 yk (i)不是进行多用户检测的 充分统计量


典型算法为类解相关检 测算法 部分并行多址干扰对消 算法 多项式型多用户检测算 法
1 N0 ˆ 最大输出信干噪比准则 ：b sgn R I y 2 典型算法为MMSE算法
单用户最大似然准则
• 抑制多址干扰的最佳接收机或准最优线性接收 机，滤波器的输出满足信号功率与多址干扰功 率比趋于无穷
盲检测算法的局限性
• 局部最优与全局最优的矛盾 • 仅利用部分已知信息
多用户检测技术的新方向
• 空时多用户检测（Space-time MUD） • Turbo多用户检测（Turbo MUD）
多-{址，天线，径}信道
空时多用户接收机
Turbo 接收机
线性多用户检测器
Y y1 (0), yK (0),, y1 (M ),, yK (M )
其中M为数据块的长度
Y是进行多用户检测的充 分统计量
线性多用户检测的实质 就是用一线性算子作用 于匹配 滤波器组的输出，从而 得到对待检测用户的最 佳检测。 或者说用一经由所有用 户的扩频波形进行线性 变换得 到的波形c k (t )取代相关器中的扩频波 形sk (t )使该种检 测方案更加适合于多址 环境
1 N0 2 N0 (1 2 ) N0 2
2
1 2 N 0 (2 2 ) N 0 SIR2 3 N 0 (1 2 3 2 ) N 0 2 (2 3 ) N 0 3
1 2 3 N 0 (3 4 3 2 ) N 0 (3 3 ) N 0 SIR4 4 N 0 (1 2 3 2 4 3 ) N 0 2 (3 6 6 2 ) N 03 (3 4 ) N 0 4
多址干扰对单用户最大似然准则的影响
0.5 0.45 0.4 0.35 0.3
兰色曲线: x(t ) 1 n(t ) 红色曲线: x(t ) 1 0.5 n(t )
其中 1表示发送的信号， 而 0.5表示多址干扰的影 响。
V2 V1 0 2 4 6
0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -6
多项式的权系数
w0 N 0 w1 5 8 9 2 8 3 5 4 w1 N 0 w2 10 18 18 2 10 3 L4 w2 N 0 w3 10 16 10 2 w3 N 0 w4 5 5 w4 1
其中0 K N
多项式的权系数
N0 噪声功率谱密度 无法预知 , 使我们无法求得准确的 权系数 2
通过采用自适应算法可 求得最佳的权系数。
当采用使输出均方误差 最小的自适应算法时， 其权系数 收敛到MMSE检测器
多项式检测器的输出信干比
SIR0 1 N0
SIR 1
多项式型检测器的线性算子
泰勒级数1 x x ,当 x 1时
1 l l 0 ~ ~ 令R R I, 于是有R 1 R l l 0
~ l L级泰勒逼近 R R
1 l 0
L
有限项最优多项式逼近 R wl R l
1 l 0
线性检测器是一类次最优检测器
• 数字信号的检测由两部分组成：滤波和 判决。 • 滤波是为了提高信干比。 • 判决是为了恢复发送的数字序列。 • 线性检测器采用了多用户滤波方案，但 是没有采用多用户判决方案，因此它只 能是一类次最优检测器。
线性检测器的原理
ˆ sgn R1Y 单用户最大似然准则： b
2 3
1 2 3 4 N 0 (4 6 6 2 4 3 ) SIR4 5 N 0 (1 2 3 2 4 3 5 4 ) N 0 2 (4 9 12 2 10 3 ) 2 3 4 N 0 (6 9 6 2 ) N 0 ( 4 4 ) N 0 3 4 5 N 0 (6 12 10 2 ) N 0 (4 5 ) N 0
L
多项式的权系数
L 1 w0 N 0 w1 2 2 w1 1 w0 N 0 w1 3 4 3 2 L 2 w1 N 0 w2 3 3 w2 1
w0 N 0 w1 4 6 6 2 4 3 w1 N 0 w2 6 9 6 2 L3 w2 N 0 w3 4 4 w3 1
-4
-2
最大输出信干噪比准则
• 输出信号具有最大的信干噪比(SINR) • 当信道加性高斯白噪声趋于零时其性能 与解相关接收机的性能一致 • 当信道加性高斯白噪声趋于无穷大时， 其性能与匹配滤波器一致
权系数获取的方法
• 通过自适应算法如LMS/RLS搜索获得数字 滤波器的权系数。 • 应用子空间的方法获取数字滤波器的权 系数。 • 误码性能 Pe ~ Q SINR • 盲检测的局限性
类解相关检测器：线性算子为
干扰对消检测器：线性算子为 R
R 1
n2

I R
n2
( R I )n1
多项式型检测器：线性算子为
i R i i 0
类解相关检测器的思想
b sgn(R1Y)
互相关阵R或干扰矩阵 S的构造将影响解相关算 法的性能
MAIF（正交解扩）多用户检 测器的误码性能是类解 相关 检测器误码性能的下界 ，one step解相关检测器的误码性 能是类解相关检测器误 码性能的上界，亦即 PeMAIF Pedec Peone stepdec 当且仅当系统为同步 CDMA系统时，解相关多用户 检测器 的误码性能与 MAIF检测器相同。
并行干扰对消算法的线性算子
r (t )
y1 (i )
相关器 1 扩频 1 加法器 相关器 1
y 2 (i )
相关器 2 扩频 2 加法器 相关器 2
y K (i )
相关器 K
扩频 K
加法器
相关器 K
加法器
R I
并行干扰对消算法的线性算子
• 并行干扰对消算法的实质就是通过多级的干扰 对消算子来逼近相关矩阵的逆。 • 其与多项式检测器近似等效
单用户最大似然准则
• 类解相关检测器是最佳的抑制多址干扰接收机 • 干扰对消检测器及多项式型检测器只是次最优 的抑制多址干扰接收机。 • 互相关矩阵或干扰矩阵的构造将影响单用户最 大似然算法的误码性能。由不同的干扰矩阵得 到的线性算子对待检测用户信号的衰减不同
单用户最大似然准则的缺陷
• 单用户最大似然接收机是基于多址干扰的最佳 接收机，当且仅当信道噪声（加性高斯白噪声） 趋于零时，亦即接收机输入端具有高信噪比时， 其性能与最佳多用户接收机的性能一致。 • 单用户最大似然接收机的判决器为单用户判决 器，是基于单用户通信系统的最大似然准则， 当线性滤波器的输出中仍然存在一定程度的多 址干扰时，将降低其误码性能。