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多用户检测技术分析作者张鑫来源《中国科技博览》2013年第27期摘要本文主要分析了多址干扰对WCDMA网络的影响情况,从而引入了WCDMA网络采用多用户检测技术的重要性其次对WCDMA网络采用多用户检测的效果进行验证,并对多用户检测算法进行了分析比较,指出了今后在算法研究上较可能的发展方向关键词多用户检测干扰码分多址【中图分类号】TP63
一、引言在第三代移动通信系统(3G)中,CDMA的多址接入方式,从各个方面都优于传统窄带CDMA通信系统它不仅提高了带宽,而且增加了单位带宽利用率,增强了互操作性和移动性它能够支持更高的移动速率,从而能够获得更广泛的业务范围对于宽带CDMA(WCDMA)信道的非正交性和扩频码字的非正交性,导致用户间存在相互干扰(Multi-AddressInierference多址干扰(MAI))即多址干扰,而抑制多址干扰的就是多用户检测技术(MultiUserDetectionMUD(多用户检测))
二、多用户检测技术介绍多用户检测为第三代移动通信系统中宽带CDMA(WCDMA)通信系统抗干扰的关键技术传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理,因而抗多址干扰(多址干扰(MAI))能力较差;多用户检测(Multi-UserDetectionMUD(多用户检测))技术在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户信号信息对多个用户做联合检测或从接收信号中减掉相互间干扰的方法,有效地消除多址干扰(MAI)的影响,从而具有优良的抗干扰性能,有效地利用链路频谱资源,显著提高系统容量由于在CDMA系统中用户的扩频码已知,所以用户间的互相关系数是已知的,接收机可以知道多址干扰某些重要的信息,如多址干扰的扩频码字、组成结构及与目标信号的关系
三、多用户检测技术基本思路在CDMA系统中,小区干扰分以下三种接收机收到的热噪声、用户信号的码间干扰(ISI)和多址干扰(多址干扰(MAI))在用户接收机完全同步并采用理想正交扩频地址码的条件下,各用户之间不会产生多用户干扰但在多径衰落信道中,理想的完全同步难以实现,因此扩频码也难以保持完全的正交性传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论,对每个用户的信号分别进行扩频码区配处理,而对多址干扰(MAI)不作处理,仅通过扩频码波形的设计、功率控制、FEC编码、扇形/自适应天线的方法来降低其影响,因此抗多址干扰(MAI)干扰能力较差MUD(多用户检测)技术是在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰(MAI)干扰的所有用户信号信息,对单个用户的信号进行检测,从而具有优良的抗干扰性能,解决了远近效应问题
四、多用户检测机的基本结构
1、充分利用有用伪码多址的已知结构信息与统计信息联合检测的MUD(多用户检测)接收机有些类型的MUD(多用户检测)接收机会把MUD(多用户检测)部分放在匹配滤波器之前,或将两者结合在一起
2、线性MUD(多用户检测)的基本结构是在匹配滤波器后加一个线性变换矩阵T以去除多址干扰(MAI)的影响,不同的线性多用户检测器采用不同的线性变换矩阵T进行联合检测线性MUD(多用户检测)的通病在于需要进行矩阵求逆,这也是工程实现中的瓶颈所在
3、非线性MUD(多用户检测)引用非线性函数来消除多址干扰(MAI)它们利用接收机对干扰用户信号的判决结果来解调期望用户的信号在理想研究上,非线性MUD(多用户检测)由于没有系统的数字描述和分析工具,故分析不够成熟;但它利用干扰消除等方法,避开了互相关矩阵计算,比线性多用户检测器易于实现因此在性能和复杂性的折衷方面,非线性MUD(多用户检测)似乎优于现有的线性MUD(多用户检测)
三、多用户检测技术算法多用户检测算法可以按照以下进行分类图一多用户检测算法分类线性检测器包括Lupas和Verdu提议的解相关器,通过求出多用户信号互相关矩阵的逆,乘以解扩后的信号,得到去除其他用户相互干扰后的信号估计这种方法的缺点是会扩大噪声的影响,并且导致解调信号很大的延迟最小均方误差(MMSE)多用户检测又分为最小均方差多用户检测和自适应多用户检测.由于前者采用的是线性结构,在一定程度上限制了它的性能干扰消除多用户检测(又称为非线性多用户枪测)的想法是首先估计不用户和多径引入的干扰,然后从接收信号中减去估计的干扰串行干扰消除(SuccessiveInterferenceCancellationSIC)是逐步减去最大用户的干扰,SIC检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决,判出一个就再造同时减去该用户信号造成的多址干扰(MAI)干扰,按照信号功率大小的顺序来进行操作,功率较大信号先进行操作,由此可知,功率大的信号首先受益并行干扰(ParallelInterferenceCancellationPIC)是同时减去除自身外所有其他用户的干扰由于是采用并行处理,克服了SIC时延长的缺点并行干扰消除是在每级干扰消除中,对每个用户减去其他用户的信号能量,并进行解调重复进行这样的干扰消除3至5次,就基本可以去除其他用户的干扰在每一级干扰消除中,并不是完全消除其他用户的所有信号能量,而是乘以一个相对小的系数,这样可以避免传统接收检测中的误差被不断放大°P1C的好处在于比较简单的实现了多用户的干扰消除,而延迟又小于S1COWCDMA中的上行多用户检测,目前最有可能实用化技术就是并行的干扰消除,因为它需要的资源相对比较少,仅仅是传统接收机的3-5倍而数据通路的延迟也相对比较小而下行的多用户检测技术则主要集中在消除下行公共导频、共享信道和广播信道的干扰,以及消除同频相邻基站的公共信道的干扰方面
四、多用户检测技术发展前景在多用户检测技术的研究中,还存在许多难点和困难主要包括两点检测算法的复杂性和信号的处理时延在WCDMA系统的基础之上对其进行研究,应同时考虑到系统的性能指标和多用户检测技术实现的复杂度,找到最佳的结合点这里我们可以借助高速DSP处理器件和上世纪90年代才发展起来的软件无线电技术SoftwareRadio,使多用户检测技术可以更好的投入到实用当中
五、结束语综上所述,多用户检测技术有以下几个特点可以减小本小区用户干扰可以提高系统容量它的复杂程度和效率、算法都有关系它对终端没有影响只消除小区内干扰,无法消除小区间干扰算法复杂度高,在实际系统中不易实现在第三代移动通信系统当中,多用户检测技术可以大幅度提高系统容量,同时保证系统的良好性能“参考文献
1、ViierbiA.J著.李世鹤等译.CDMA扩频通信原理[M].北京人民邮电出版社,1994年
2、吴越,周健,陈雨,林福华.宽带CDMA中的多用户检测技术研究[J].电子工程师,200011o。