文档介绍：第八章多用户检测
针对同信道干扰的抑制,介绍了多用户检测的理论、一些具有代表性的方法和应用。
增加无线系统容量的最直接的方法通常有两种,一是增加无线带宽,二是增加发射功率。然而,这两种方法在现代无线网络中都是严格受限的。因此,最近几年人们致力于研究新的信号发送技术和先进的接收机信号处理方案来提高无线容量,多用户检测技术便是其中的一个主要研究方向。
多用户检测思想
多用户检测技术其实是一种联合多个用户的信息进行信号检测的技术。其解决的主要问题是:从相互干扰的数字信息序列中可靠地解调出特定用户的信息。与传统的检测技术相比,多用户检测把同时占用某个信道的所有用户或某些用户的信号都当作有用信号,而不是作为干扰信号处理,利用多个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号,即综合利用各种信息及信号处理手段,对接收信号进行处理,从而达到对多用户信号的最佳联合检测
以CDMA系统为例,我们知道,当系统中各用户之间的码字完全正交并且同步时,各个用户之间的信息完全没有干扰,可以予以正常接收;但是由于多径、衰落以及其它原因,实际系统中各用户之间的码字不可能达到完全正交和同步,其非零互相关系数便会引起各用户之间的相互干扰,称为多址干扰(MAI)。多址干扰可以导致远近效应,即接收机近端用户信号可能比远端用户信号强得多,其产生的MAI相对较大时可将远端信号完全湮没。最终MAI和远近效应将会严重影响目标用户的信号接收,限制系统容量的提高。
传统的接收机只是简单地将匹配滤波器的输出判决作为用户信息。实际上是一种把其他用户造成的多址干扰当作白噪声来处理的单用户检测(SUD)技术。它忽略了系统中MAI所包含的有用信息,无法真正消除MAI的影响。事实上,MAI具有很强的结构性,因为当每个用户的扩频码序列都已知时,各个用户以及各条路径之间的互相关系是可以获得的。如果利用MAI的这些结构信息来进行用户信号的检测,就可以消除其负面影响,从而达到提高系统性能及容量的目的,这就是所谓的多用户检测技术。
SDMA系统与CDMA系统类似,为了简便,我们甚至可以将SDMA系统中的CIR的功能与CDMA系统中的正交码做简单的类比[12]:二者在各自系统的通信过程中都起到了相同的区分不同用户的功能。而且由于SDMA系统中CIR自身便是非正交的,因此为了能够有效区分不同用户的信息,多用户检测技术也有必要引入到SDMA系统中,以消除MAI,提高系统容量。
多用户检测器的发展
Schneider于1979年提出]第一次提出将多个用户的码字和定时等信息联合起来以检测出每个用户信息的多用户检测思想。1986年,,他认为多址干扰是具有一定结构的有效信息,理论上证明了采用最大似然序列检测( MLSD)可以逼近单用户接收性能,并有效克服了“远近效应”,大大提高了系统容量。但是MLSD结构是匹配滤波组加上Viterbi译码,其复杂度高。由于目前DSP芯片的技术满足不了这么高的运算要求,在工程上基本无法实现,因此大量的研究次优多用户检测的文章如雪崩似的相继而产生,以达到在保证一定性能条件下能够将复杂度降低到工程可以接受的程度。
研究首先集中在为AWGN信道寻找次优的多用户检测器,之后是研究多径衰落信道下的多用户检测器。次优多用户检测器主要分为线性检测器和非线性检测器。而线性和非线性多用户检测器的实现都需要知道期望用户的定时信息以及信道冲击响应,同时还需要知道其它干扰用户的相应信息。又因为多用户检测的参数,如振幅、相位和用户之间的互相关系数是经常改变的,所以人们开始关注于自适应多用户检测器的研究。但自适应多用户检测器需不断的发送训练序列来获得这些变化的信息,而频繁发送则浪费了频率资源。为此,Honig和Madhow于1995年提出了盲多用户检测的思想。盲多用户检测器既不需要干扰用户的信息,又不需要发送训练序列,成为近期研究的又一大热点。
多用户检测器的性能度量标准
误码率
渐进多用户有效性(多用户检测达到相同误码率所需能量与单用户系统之比)
抗远近能力
多用户检测器的分类
多用户检测器
最优多用户检测器
次优多用户检测器
线性多用
户检测器
非线性多用
户检测器
非自适应型
自适应型
解相关
检测器
判决反馈
检测器
干扰消
除器
MMSE
检测器
盲检
测器
非盲型
检测器
序列检
测器
分组检
测器
串行检
测器
并行检
测器
混合型
检测器
同步信道的解相关检测器(将所有用户间的线性相关解除掉)