多用户检测技术分析

K
nt g t dt
Tb k
(2)
Ak d k MAIk z k
判决器输出为
ˆ sgn{y }, k 1,2,...,K d k k
(3)
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多用户检测问题的由来(续)
由(2)式可见，接收信号与第k个信号本身相关得到恢复的数据，与其
他用户相关造成多址干扰，与噪声项相关仍为噪声。需要注意的是：
多址干扰项与用户数K、其他用户信号的幅度Ai( i
i ,k 有关。这里， i ,k 1 T
k )、互相关系数
b

Tb
0
gi (t ) gk (t )dt
系统输出的矩阵形式 对于K个用户的系统，系统输出的离散信号的矩阵形式为
y RAd z
其中，d、z、y分别表示数据、噪声和匹配滤波器的K个输出，A 为接收信号幅度的对角阵。
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多用户检测问题的由来(续)
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异步DS-CDMA信道模型
在实际应用中信道通常是异步的，各用户信号bit之间有重叠。接收信号模型
r (t ) Ak (t ) gk (t k )d k (t k ) n(t )
K
其中，k 是用户 k 的时延。 矩阵矢量表达式
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多用户检测问题的由来(续)
传统检测器的评价 优点：
•是一个匹配滤波器检测器，简单、容易实现
•单用户检测策略，各用户分开处理，不考虑其他用户的影响
缺点： •存在远近效应（near-far problem)
•表现出多用户性能受限的性能底限 •不是最优的
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多用户检测问题的由来(续)
远近效应
k 1
(4)
y RAd z
(5)
这里，R为KN×KN相关阵，每一对码字的部分相关值，其中K=用户数， N=每个用户的bit数 举例：两个用户，每个用户各有3bit信息的异步DS-CDMA系统定时图
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多用户检测问题的由来(续)
上面的两用户检测，可以等效为6个用户个1bit 的检测。时间宽度为
多用户检测问题的由来(续)
•从接收信号 {r (t ) : t } 中估计出 d k (t )
•消除MAI的影响 MUD技术的发展历史
•1979年，K．S．Schneider首先提出［１］
•1983年，R．Kohno 提出对多用户干扰抵消器的研究[2] •1986年，S．Verdu的3篇经典文章，掀起了MUD研究
• 远近效应
如果干扰用户比目标用户距离基站近很多，则干
扰信号在基站的接收功率边会比目标用户信号的接收功率大很多， 这样，传统接收机的输出中多址干扰分量就可能很严重，甚至会 淹没目标用户的信号。这种现象称为远近效应。 远近效应将使多址干扰的影响更加严重和复杂。通常采用功 率控制技术来消除远近效应。
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3Tb 2 1 。和前面一样，如果用b、z、 y分别表示这6bit的数据、
噪声和匹配滤波器的输出，矩阵 A 为相应的6阶对角阵，互相关阵
R可表示为
1 1, 2 0 R 0 0 0
2,1
1
0
3, 2
1
0 0
0 0 0
2,3
0 0 0
4,3
多址干扰(multi-access interference，MAI）
多用户检测问题的由来(续)
产生原因 由于多个用户公用一个信道，各用户之间所产生的干扰 。
具体表现为以下两个方面： •不同用户之间的扩频序列不正交（互相关系数不为0） •扩频序列即使正交，实际中信道的异步传输引入了相关性
对系统的影响 克服MAI的办法
Байду номын сангаас
•同步系统，载波相位为0 •AWGN环境，不考虑多径衰落
•BPSK调制
系统模型
r(t ) Ak (t )d k (t ) gk (t ) n(t )
1
K
其中，Ak (t ) 是第 k 个用户的信号幅度
dk (t ) {1， 1} d k (t ) 是第 k 个用户的信息比特值，
主要内容
• • • • • 多用户检测技术的由来 各种多用户检测算法 线性多用户检测器 干扰抵消多用户检测器 小结
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1．多用户检测技术的由来
DS-CDMA系统模型
通信系统典型的多址方式有 FDMA、TDMA和CDMA三种。而
d1 (t )
d 2 (t )
g1 (t ) g 2 (t )
A1 (t )
由于接收信号的基带表示为
r(t ) Ak (t ) gk (t )d k (t ) n(t )
k j K
(1)
那么，对第k个用户支路相关器的输出为
1 yk Tb

Tb
1 r t g k t dt Ak d k i ,k Ak d k Tb i 1
ik
1
3, 4
0 0
5, 4
1
4 ,5
0
5, 6
0 0 0 6,5 1
其中 i ,k 为比特 i 与比特b 之间的部分互相关，0表示对应的bit之间
不重叠。大多数情况下，信息长度N远大于用户数K，由于NK个比 特中大多数没有重叠，因此互相关矩阵R是稀疏的。
n(t )
1
r (t )
CDMA以其容量大、抗干扰性强等
诸多优点成为移动通信中最具前景 的多址方式；在CDMA中，以DS-
A2 (t )

d K (t )
gK (t )

AK (t )
CDMA方式最为常用。图1是DSCDMA系统的结构。
图1 DS-CDMA系统
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多用户检测问题的由来(续)
假设条件
•容量受限，用户越多，MAI越大 •性能降低
•扩频码的设计：理想码型的设计和工程实用码型的设计
•功率控制：只能减弱MAI的影响，但不能从根本上消除 •空间滤波技术：多扇区化，智能天线 技术 •多用户检测：抗MAI最根本的方法 •远近效应和多址干扰的进一步解释
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多用户检测技术
MUD的基本问题
gk (t ) 是第 k 个用户的特征序列 Tb 是信息比特的时间宽度
n(t ) 为加性高斯白噪声，其双边功率谱密度为 N0 / 2(W / Hz)
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传统DS-CDMA检测器
多用户检测问题的由来(续)
匹配滤 波器组
图2 传统DS-CDMA检测器
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多用户检测问题的由来(续)
传统检测器的结构 传统检测器的结构如图2所示，它实际上是一个匹配滤波器组。