第5章多用戶檢測技術(shù)2014

1、第五章第五章 多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測技術(shù)基本的基本的多址方式多址方式有有FDMA、TDMA和和CDMA三種，其中三種，其中CDMA是一種以擴是一種以擴頻通信為基礎(chǔ)，基于時頻共享方式的多址技術(shù)頻通信為基礎(chǔ)，基于時頻共享方式的多址技術(shù)主要主要優(yōu)點：優(yōu)點：系統(tǒng)容量大、抗干擾性強、保密性好、發(fā)射功率低、電磁系統(tǒng)容量大、抗干擾性強、保密性好、發(fā)射功率低、電磁干擾小等，是干擾小等，是3G移動通信系統(tǒng)主要的多址接入手段。在移動通信系統(tǒng)主要的多址接入手段。在CDMA中，中，DS-CDMA方式應(yīng)用最為廣泛方式應(yīng)用最為廣泛信號模型：信號模型： 1( )( )( )( )( )Kkkkir tA t b t s

2、tn t第五章第五章 多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測技術(shù)在接收端，利用在接收端，利用匹配濾波器組，匹配濾波器組，通過通過相關(guān)處理相關(guān)處理執(zhí)行各路信號檢測執(zhí)行各路信號檢測第第k路信號輸出路信號輸出接收信號與第接收信號與第k個用戶相關(guān)運算恢復(fù)數(shù)據(jù)，與其它用戶相關(guān)運算生成個用戶相關(guān)運算恢復(fù)數(shù)據(jù)，與其它用戶相關(guān)運算生成多址干擾，與噪聲相關(guān)還是噪聲。多址干擾，與噪聲相關(guān)還是噪聲。多址干擾多址干擾（MAI）與用戶數(shù)、信號）與用戶數(shù)、信號幅度以及互相關(guān)系數(shù)有關(guān)幅度以及互相關(guān)系數(shù)有關(guān)判決器輸出判決器輸出0,1,01( )( )1( )( )bbTkkbTkkki kiikii kbkkkkyr t s t dtTA

3、 bR Abn t s t dtTA bMAIzsgn,1,2,kkbykK,01( )( )bTi kikbRs t s t dtT第五章第五章 多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測技術(shù)上述分析過程假定發(fā)射端所有用戶是上述分析過程假定發(fā)射端所有用戶是同步同步的，但在實際系統(tǒng)中，各用的，但在實際系統(tǒng)中，各用戶發(fā)射信號往往是異步的戶發(fā)射信號往往是異步的接收信號模型為接收信號模型為系統(tǒng)輸出矩陣系統(tǒng)輸出矩陣如圖所示的如圖所示的2用戶用戶6bit檢測可等效為檢測可等效為 6用戶用戶1bit檢測，時間寬度檢測，時間寬度1( )( )()()( )Kkkkkkir tA t b ts tn tyRAbn213bT21

4、12322343345445655610000100001000010000100001RRRRRRRRRRR第五章第五章 多用戶檢測技術(shù)多用戶檢測技術(shù)傳統(tǒng)檢測的特點傳統(tǒng)檢測的特點 利用匹配濾波器執(zhí)行相關(guān)運算，然后判決檢測，簡單、易于實現(xiàn)；利用匹配濾波器執(zhí)行相關(guān)運算，然后判決檢測，簡單、易于實現(xiàn)； 采用單用戶檢測策略，各用戶分開處理，不對其他用戶產(chǎn)生的干擾采用單用戶檢測策略，各用戶分開處理，不對其他用戶產(chǎn)生的干擾做特別處理做特別處理 多址干擾多址干擾會對判決性能產(chǎn)生影響會對判決性能產(chǎn)生影響 遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)可能導(dǎo)致干擾信號淹沒期望信號可能導(dǎo)致干擾信號淹沒期望信號 多址干擾多址干擾多址干擾產(chǎn)生的

5、原因：多址干擾產(chǎn)生的原因：多個多個CDMA用戶共用同一信道，不同用戶的擴用戶共用同一信道，不同用戶的擴頻碼互相關(guān)系數(shù)不等于零頻碼互相關(guān)系數(shù)不等于零(偽偽隨機碼之間無法實現(xiàn)嚴格正交隨機碼之間無法實現(xiàn)嚴格正交)，隨著用，隨著用戶數(shù)增加，干擾累積，累積到與期望信號強度相當時戶數(shù)增加，干擾累積，累積到與期望信號強度相當時(干擾低限干擾低限)，判判決器將無法識別期望信號和干擾信號，導(dǎo)致判決錯誤決器將無法識別期望信號和干擾信號，導(dǎo)致判決錯誤克服克服MAI的途徑的途徑 尋找好碼尋找好碼(理想擴頻碼的自相關(guān)為理想擴頻碼的自相關(guān)為1、互相關(guān)為、互相關(guān)為0)：很難：很難 功率控制：功率控制：能減弱能減弱MAI的影

6、響，但無法從根本上消除的影響，但無法從根本上消除 空間濾波：空間濾波：多扇區(qū)化、智能天線，可減少波束覆蓋的用戶數(shù)多扇區(qū)化、智能天線，可減少波束覆蓋的用戶數(shù) 多用戶檢測：多用戶檢測：從根本上消除從根本上消除MAI遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)遠近效應(yīng)產(chǎn)生的原因：遠近效應(yīng)產(chǎn)生的原因：如果干擾用戶比期望用戶距離接收端近很多，那如果干擾用戶比期望用戶距離接收端近很多，那么干擾信號接收功率將比期望信號接收功率大得多，傳統(tǒng)檢測方法執(zhí)行么干擾信號接收功率將比期望信號接收功率大得多，傳統(tǒng)檢測方法執(zhí)行相關(guān)運算之后形成的多址干擾分量可能與期望信號相當，甚至淹沒期望相關(guān)運算之后形成的多址干擾分量可能與期望信號相當，甚至淹沒期望信

7、號，導(dǎo)致判決錯誤信號，導(dǎo)致判決錯誤遠近效應(yīng)使多址干擾的影響更加復(fù)雜、嚴重遠近效應(yīng)使多址干擾的影響更加復(fù)雜、嚴重克服遠近效應(yīng)的途徑克服遠近效應(yīng)的途徑 功率控制：功率控制：降低干擾用戶發(fā)射功率，但無法從根本上消除降低干擾用戶發(fā)射功率，但無法從根本上消除 多用戶檢測：多用戶檢測：從根本上消除從根本上消除MAIMUD的基本思想的基本思想(Multi-users Detection)多用戶檢測多用戶檢測技術(shù)是一種從接收端設(shè)計入手的干擾抑制技術(shù)，解決的技術(shù)是一種從接收端設(shè)計入手的干擾抑制技術(shù)，解決的基本問題是：基本問題是：如何從相互干擾的信息流中正確解調(diào)出某個特定用戶如何從相互干擾的信息流中正確解調(diào)出某個

8、特定用戶信號信號(同信道干擾抑制、多用戶解調(diào)、干擾對消同信道干擾抑制、多用戶解調(diào)、干擾對消)如前所述，如果不同用戶的特征波形如前所述，如果不同用戶的特征波形 (擴頻波形擴頻波形)是正交的，接收信是正交的，接收信號與特定用戶的擴頻碼做相關(guān)處理后無多址干擾成分，此時為號與特定用戶的擴頻碼做相關(guān)處理后無多址干擾成分，此時為最佳最佳接收，接收，但由于用戶之間不同步，不同用戶信號到達接收機的傳播時但由于用戶之間不同步，不同用戶信號到達接收機的傳播時延不同，無法做到所有特征波形在相對時延范圍內(nèi)正交，加之不同延不同，無法做到所有特征波形在相對時延范圍內(nèi)正交，加之不同用戶擴頻碼之間的互相關(guān)系數(shù)不為零，用戶擴頻

9、碼之間的互相關(guān)系數(shù)不為零，MAI必定存在必定存在MUD的基本思想的基本思想(Multi-users Detection)多用戶檢測多用戶檢測把同時占用某個信道的所有用戶信號都作為有用信號，將期把同時占用某個信道的所有用戶信號都作為有用信號，將期望信號和干擾信號的望信號和干擾信號的特征波形、定時信息特征波形、定時信息 (傳輸時延、載波相位傳輸時延、載波相位) 等等聯(lián)合聯(lián)合起來，起來，檢測檢測某一個用戶信號，從數(shù)學角度可歸結(jié)為一個某一個用戶信號，從數(shù)學角度可歸結(jié)為一個K元決策問題：元決策問題：11 1 11211: ( )( )( )?: ( )( )( )?KkkkkKKKKKkkkKkHr t

10、AbsA b s tn tbHr tA b sA b s tn tb多用戶檢測算法分類多用戶檢測算法分類最優(yōu)檢測：最優(yōu)檢測：基于極大似然準則，是理論上的最佳結(jié)構(gòu)，但由于不可實現(xiàn)基于極大似然準則，是理論上的最佳結(jié)構(gòu)，但由于不可實現(xiàn)的復(fù)雜度，主要用于評價次優(yōu)檢測性能的復(fù)雜度，主要用于評價次優(yōu)檢測性能次優(yōu)檢測：次優(yōu)檢測：可實用的檢測算法可實用的檢測算法 MUD的性能測度的性能測度評價多用戶檢測算法的性能測度：誤碼率、漸進多用戶有效性和抗遠近評價多用戶檢測算法的性能測度：誤碼率、漸進多用戶有效性和抗遠近效應(yīng)能力效應(yīng)能力 誤碼率：誤碼率：AWGN信道下不存在多址干擾時，具有能量信道下不存在多址干擾時，具

11、有能量Ek的單用戶系統(tǒng)的的單用戶系統(tǒng)的誤碼率為誤碼率為 ， 為噪聲方差為噪聲方差 在多用戶系統(tǒng)中，由于存在多址干擾，誤碼率會增大，此時用戶在多用戶系統(tǒng)中，由于存在多址干擾，誤碼率會增大，此時用戶k的誤的誤碼率為碼率為 為用戶為用戶k達到誤碼率達到誤碼率Pk,su時所需要的實際能量時所需要的實際能量(有效能量有效能量)，2,(/)k sukPQE2( )( )/)kkPQeke221( )2uxQ xedu( )kkeEMUD的性能測度的性能測度漸進多用戶有效性：漸進多用戶有效性：衡量干擾用戶對期望用戶誤碼率的影響程度衡量干擾用戶對期望用戶誤碼率的影響程度 多用戶有效性：多用戶有效性：多用戶系統(tǒng)

12、達到單用戶系統(tǒng)相同誤碼率所需能量與單用多用戶系統(tǒng)達到單用戶系統(tǒng)相同誤碼率所需能量與單用戶系統(tǒng)所需能量之比戶系統(tǒng)所需能量之比 漸進多用戶有效性：漸進多用戶有效性：高信噪比條件下多用戶有效性的極限高信噪比條件下多用戶有效性的極限 漸進有效性取值范圍漸進有效性取值范圍0,1，其含義：當噪聲趨于，其含義：當噪聲趨于0而誤碼率不趨于而誤碼率不趨于0時，時，漸進有效性取值為漸進有效性取值為0，即在無噪環(huán)境中，單用戶檢測也存在誤碼；漸進，即在無噪環(huán)境中，單用戶檢測也存在誤碼；漸進有效性取值越大，表明誤碼率隨噪聲減小下降越快；當漸進有效性為有效性取值越大，表明誤碼率隨噪聲減小下降越快；當漸進有效性為1時，表明

13、用戶不受其他用戶干擾影響時，表明用戶不受其他用戶干擾影響( )( )/kkkeE 20020( )lim( )/suplim/(/)21limlogkkkkkkkeEPQEEP MUD的性能測度的性能測度抗遠近效應(yīng)能力：抗遠近效應(yīng)能力：所有相關(guān)用戶能量范圍內(nèi)測得的最差所有相關(guān)用戶能量范圍內(nèi)測得的最差漸進有效性，用于評價多用戶檢測算法抵御遠近效應(yīng)的漸進有效性，用于評價多用戶檢測算法抵御遠近效應(yīng)的魯棒性魯棒性抗遠近效應(yīng)能力與擴頻碼特征波形和解調(diào)方式有關(guān)抗遠近效應(yīng)能力與擴頻碼特征波形和解調(diào)方式有關(guān)kkjEkj0inf最優(yōu)多用戶檢測最優(yōu)多用戶檢測假定發(fā)送信號的先驗概率相等，從接收信號假定發(fā)送信號的先驗

14、概率相等，從接收信號 r(t) 中提取發(fā)送序列，使其聯(lián)中提取發(fā)送序列，使其聯(lián)合后驗概率最大，即依據(jù)合后驗概率最大，即依據(jù)最大后驗概率準則最大后驗概率準則執(zhí)行序列檢驗執(zhí)行序列檢驗后驗概率用似然函數(shù)表示后驗概率用似然函數(shù)表示Bayes后驗概率最大原理或極大似然估計后驗概率最大原理或極大似然估計212101,exp ( )( )2bTKKkkkkf r bbr tA b s tdt1212,101 ,arg max exp ( )( )2bKTKKkkkbbkbbr tA b s tdt最優(yōu)多用戶檢測最優(yōu)多用戶檢測如果已知信號幅度和擴頻特征波形，使似然函數(shù)最大，意味著使均方誤如果已知信號幅度和擴頻特

15、征波形，使似然函數(shù)最大，意味著使均方誤差差 達到最小，即使得下式最小達到最小，即使得下式最小由此獲得極大似然準則下的檢測結(jié)果由此獲得極大似然準則下的檢測結(jié)果最優(yōu)多用戶檢測能達到最小誤碼率，提供最佳檢測性能，但需要已知期最優(yōu)多用戶檢測能達到最小誤碼率，提供最佳檢測性能，但需要已知期望用戶和干擾用戶的特征波形和定時信息望用戶和干擾用戶的特征波形和定時信息(實際無法實現(xiàn)實際無法實現(xiàn))，且計算復(fù)雜，且計算復(fù)雜度為度為 ，不切實際，不切實際210 ( )( )bTKkkkkr tA b s tdt1()TTb = H HH AY(2 )Ko211002 ( ) ( )( )2bbTTKKTTkkkkkk

16、kkA b s t r t dtA b s tdt b AY+b Hb101, ,( )( ),bTTKkkKyyyr t s t dtdiag AAYAHARA1,21,2,12,1,2111KKKKRRRRRRR 線性多用戶檢測線性多用戶檢測基本思想：基本思想：判決前對匹配濾波器組輸出進行線性變換判決前對匹配濾波器組輸出進行線性變換(變換矩陣為變換矩陣為T)，再對變換后的輸出序列執(zhí)行判決，即再對變換后的輸出序列執(zhí)行判決，即x=Ty，b=sgn(x)，其運算復(fù)雜度與，其運算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性增長關(guān)系用戶數(shù)成線性增長關(guān)系信號模型信號模型接收信號接收信號相關(guān)運算輸出信號相關(guān)運算輸出信號互相關(guān)系

17、數(shù)互相關(guān)系數(shù)相關(guān)矩陣相關(guān)矩陣匹配濾波組輸出向量匹配濾波組輸出向量bKkkkkTttntsbAtr0),()()(1kKkjjjkjjkkTkknRbAbAdttstryb , 1,0)()(dttstsRjkjk)()(,nRAby1,21,2,12,1,2111KKKKRRRRRRR 算法設(shè)計算法設(shè)計線性變換線性變換判決輸出判決輸出匹配濾波器匹配濾波器+線性變換器組合輸出線性變換器組合輸出 判決輸出標量形式判決輸出標量形式算法分類：算法分類：線性最小均方誤差檢測、解相關(guān)檢測、子空間斜投影線性最小均方誤差檢測、解相關(guān)檢測、子空間斜投影檢測、多項式展開檢測、自適應(yīng)檢測等檢測、多項式展開檢測、自適

18、應(yīng)檢測等TnTRAbn)T(RAbTyx)sgn()sgn(xTy b)sgn()sgn()sgn(rcytxbHkHkkkTy = Cr1,21,2,12,1,2111KKKKRRRRRRR 1,21,2,12,1,2111KKKKRRRRRRR 線性最小均方誤差檢測線性最小均方誤差檢測線性最小均方誤差檢測：線性最小均方誤差檢測：設(shè)計一種線性變換，使得發(fā)送數(shù)據(jù)比特與多設(shè)計一種線性變換，使得發(fā)送數(shù)據(jù)比特與多用戶檢測器輸出之間的均方誤差最小，即用戶檢測器輸出之間的均方誤差最小，即 求解上述優(yōu)化問題，獲得最優(yōu)求解上述優(yōu)化問題，獲得最優(yōu)線性變換矩陣為線性變換矩陣為 多用戶檢測器輸出為多用戶檢測器輸出

19、為 即即判決向量為判決向量為 每個用戶的每個用戶的判決輸出比特判決輸出比特 技術(shù)特點：技術(shù)特點：由于同時考慮了抑制多址干擾和噪聲，誤碼性能好；無需由于同時考慮了抑制多址干擾和噪聲，誤碼性能好；無需已知其他用戶的擴頻碼特征波形，但需要估計接收信號幅度；還需要已知其他用戶的擴頻碼特征波形，但需要估計接收信號幅度；還需要相關(guān)矩陣求逆，運算量大相關(guān)矩陣求逆，運算量大221()MMSExRAy221()MMSETRA221() ()MMSEMMSExTyRARAbn2argminETTbTy221,sgn() k MMSEkbRAy解相關(guān)檢測解相關(guān)檢測解相關(guān)檢測：解相關(guān)檢測：通過線性變換去掉信號間的相關(guān)

20、性，即去掉多址干擾通過線性變換去掉信號間的相關(guān)性，即去掉多址干擾 線性變換線性變換 新的判決量新的判決量 中只有期望信號成分和噪聲成分，完全消除了中只有期望信號成分和噪聲成分，完全消除了MAI，對其進行判決對其進行判決 第第k個用戶的個用戶的誤碼率誤碼率 技術(shù)特點：技術(shù)特點：能提高系統(tǒng)容量；無需估計信號幅度，且性能與干擾用戶能提高系統(tǒng)容量；無需估計信號幅度，且性能與干擾用戶無關(guān)；算法復(fù)雜度大幅降低；誤碼率與信號能量無關(guān)，但此法可能放無關(guān)；算法復(fù)雜度大幅降低；誤碼率與信號能量無關(guān)，但此法可能放大噪聲，且相關(guān)矩陣求逆運算量大大噪聲，且相關(guān)矩陣求逆運算量大decdecdec11xT yR yAbR

21、nAbn1sgn()sgn()decdecbR yAbn1decTR12 ,TdecKx xxx( ),21,1101(/)ke deckkdeckk deckkkkppr xxpr bbpr nAQ AR 多項式展開檢測多項式展開檢測前面兩種線性多用戶檢測都需要執(zhí)行矩陣求逆運算，復(fù)雜度高，工程前面兩種線性多用戶檢測都需要執(zhí)行矩陣求逆運算，復(fù)雜度高，工程上通常采用迭代法近似逼近最優(yōu)解，以降低運算量上通常采用迭代法近似逼近最優(yōu)解，以降低運算量多項式展開檢測的多項式展開檢測的基本思想：基本思想：利用某種迭代關(guān)系反復(fù)迭代，最終逼近利用某種迭代關(guān)系反復(fù)迭代，最終逼近最優(yōu)解，并根據(jù)精度要求選擇迭代次數(shù)，

22、實現(xiàn)精確度和復(fù)雜度之間的最優(yōu)解，并根據(jù)精度要求選擇迭代次數(shù)，實現(xiàn)精確度和復(fù)雜度之間的折衷折衷線性變換線性變換 對于給定的級數(shù)對于給定的級數(shù) N 和對接收信號相關(guān)和對接收信號相關(guān)運算獲得的相關(guān)矩陣運算獲得的相關(guān)矩陣 R，通過調(diào)節(jié)加，通過調(diào)節(jié)加權(quán)系數(shù)就能改善檢測性能權(quán)系數(shù)就能改善檢測性能1NiPEiiTwR自適應(yīng)多用戶檢測自適應(yīng)多用戶檢測 自適應(yīng)多用戶檢測自適應(yīng)多用戶檢測利用自適應(yīng)濾波原理，不斷調(diào)整和更新線性變換矩利用自適應(yīng)濾波原理，不斷調(diào)整和更新線性變換矩陣元素，能抵御信道時變對判決性能產(chǎn)生的影響陣元素，能抵御信道時變對判決性能產(chǎn)生的影響 自適應(yīng)自適應(yīng)MMSE多用戶檢測：多用戶檢測：在接收端首先

23、進行碼片匹配濾波，然后用在接收端首先進行碼片匹配濾波，然后用碼片速率采樣，在碼元周期內(nèi)得到與擴頻碼碼長相等的樣本，構(gòu)成接碼片速率采樣，在碼元周期內(nèi)得到與擴頻碼碼長相等的樣本，構(gòu)成接收信號列向量收信號列向量 將相關(guān)運算和多用戶檢測融為一體，統(tǒng)一用將相關(guān)運算和多用戶檢測融為一體，統(tǒng)一用 C 表征其濾波特性表征其濾波特性 判決輸出比特為判決輸出比特為 MMSE準則下：準則下：11, (1), (2), ()KTkkkkA brrr Nrsn rsgnHkkb c r1 kkkHkkknne ne nb nnccrcr自適應(yīng)多用戶檢測自適應(yīng)多用戶檢測 針對單用戶的自適應(yīng)針對單用戶的自適應(yīng)MMSE檢測：

24、在接收端對接收信號進行碼片濾波后檢測：在接收端對接收信號進行碼片濾波后接入一個橫向濾波器，延遲時間為碼片時間，抽頭數(shù)等于擴頻碼長，濾接入一個橫向濾波器，延遲時間為碼片時間，抽頭數(shù)等于擴頻碼長，濾波器抽頭系數(shù)以碼元時間為單位更新波器抽頭系數(shù)以碼元時間為單位更新 無需已知其他用戶的擴頻碼，無需本用戶序列嚴格同步，但需要訓練序無需已知其他用戶的擴頻碼，無需本用戶序列嚴格同步，但需要訓練序列，如果信道時變，需要不斷發(fā)送訓練序列列，如果信道時變，需要不斷發(fā)送訓練序列盲自適應(yīng)多用戶檢測盲自適應(yīng)多用戶檢測 前述多用戶檢測的工作過程均需要兩個階段：一是前述多用戶檢測的工作過程均需要兩個階段：一是訓練階段，訓練

25、階段，通過訓通過訓練更新濾波器參數(shù)并執(zhí)行判決，需要已知期望用戶的碼元序列，即必練更新濾波器參數(shù)并執(zhí)行判決，需要已知期望用戶的碼元序列，即必須添加訓練序列；二是須添加訓練序列；二是判決指示階段，判決指示階段，反饋判決結(jié)果用于下次參數(shù)更反饋判決結(jié)果用于下次參數(shù)更新?？梢?，此類多用戶檢測不僅需要添加訓練序列，導(dǎo)致傳輸?shù)挠行隆？梢姡祟惗嘤脩魴z測不僅需要添加訓練序列，導(dǎo)致傳輸?shù)挠行畔p少，而且對快速時變信道的魯棒性差。信息減少，而且對快速時變信道的魯棒性差。 盲自適應(yīng)多用戶檢測盲自適應(yīng)多用戶檢測：無需其他用戶信息和訓練序列，無需其他用戶信息和訓練序列，即無需判決指即無需判決指示階段，示階段，僅需要

26、待測用戶的觀測數(shù)據(jù)即可完成多用戶檢測僅需要待測用戶的觀測數(shù)據(jù)即可完成多用戶檢測，理論上能，理論上能適應(yīng)無線信道特性快速時變的應(yīng)用場景適應(yīng)無線信道特性快速時變的應(yīng)用場景 盲檢測無需訓練序列，開銷小、效率高，但復(fù)雜度高，收斂慢盲檢測無需訓練序列，開銷小、效率高，但復(fù)雜度高，收斂慢盲自適應(yīng)多用戶檢測盲自適應(yīng)多用戶檢測 根據(jù)盲根據(jù)盲多用戶檢測多用戶檢測的代價函數(shù)不同分為：的代價函數(shù)不同分為： 約束約束最小輸出能量最小輸出能量的盲檢測：的盲檢測：檢測器已知用戶特征波形和定時信檢測器已知用戶特征波形和定時信息息 基于子空間的盲基于子空間的盲檢測：檢測：檢測器已知用戶特征波形，定時信息可通檢測器已知用戶特征

27、波形，定時信息可通過對接收信號定時估計獲得過對接收信號定時估計獲得 基于基于恒模恒模的的盲檢測盲檢測：未知任何用戶先驗信息，僅知道用戶碼元速未知任何用戶先驗信息，僅知道用戶碼元速率和調(diào)制模式率和調(diào)制模式約束最小輸出能量盲檢測約束最小輸出能量盲檢測 K個個CDMA用戶接收信號用戶接收信號為：為： 在碼元時間內(nèi)用戶在碼元時間內(nèi)用戶k的特征波形為的特征波形為 假設(shè)已知所有用戶的定時信息并做同步處理，即假設(shè)已知所有用戶的定時信息并做同步處理，即 在碼元時間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號離散表達式在碼元時間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號離散表達式 其向量表達式為其向量表達式為 相關(guān)運算相關(guān)運算+

28、多用戶檢測融合為一個濾波器多用戶檢測融合為一個濾波器 c，其判決輸出為，其判決輸出為()()()1( )()( )Kmmmkkkkbkmkr thA bs tmTn t 1( )( ) (),/Nkkcbcns tp n g tnTNTT12K1 ( ),0,1,2,1Kkkkkkr nh A b s nn n nN111 ( ),( ) (0), 1 , (0),1 (0), 1KkkkkNkKkkkkTTkkkTmA b hm mA bmmrr Nmss Nmnn N rsnsnrsn()11 1 12sgn ,sgn( )KmTTTkkkkbAbA bmc rcscsc n約束最小輸出能

29、量盲檢測約束最小輸出能量盲檢測 假設(shè)已知期望信號的特征波形，據(jù)此將濾波器參數(shù)分解為兩個正交向假設(shè)已知期望信號的特征波形，據(jù)此將濾波器參數(shù)分解為兩個正交向量之和量之和 ，分別表征期望信號特征波形和干擾，分別表征期望信號特征波形和干擾 濾波器參數(shù)基于最小均方誤差準則，即使得干擾最小構(gòu)建代價函數(shù)濾波器參數(shù)基于最小均方誤差準則，即使得干擾最小構(gòu)建代價函數(shù) 定義最小輸出能量定義最小輸出能量(MOE)為：為： 上述取最小值對應(yīng)的濾波器參數(shù)就是使得多址干擾為最小的盲多用戶上述取最小值對應(yīng)的濾波器參數(shù)就是使得多址干擾為最小的盲多用戶檢測濾波器參數(shù)檢測濾波器參數(shù) 運用此算法要求已知用戶的特征波形和定時信息，否則

30、無法進行濾波運用此算法要求已知用戶的特征波形和定時信息，否則無法進行濾波參數(shù)的正交分解參數(shù)的正交分解,0c = s+ v s,v21 122211 JEAsEA svs+ v,rs+ v,r2 MOEEvs+ v,r11111rroptTrrR scs R s基于子空間的盲檢測基于子空間的盲檢測 K個個CDMA用戶接收信號用戶接收信號為：為： 在碼元時間內(nèi)用戶在碼元時間內(nèi)用戶k的特征波形為的特征波形為 假設(shè)已知所有用戶的定時信息并做同步處理，即假設(shè)已知所有用戶的定時信息并做同步處理，即 在碼元時間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號離散表達式在碼元時間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號離散表達式

31、 其向量表達式為其向量表達式為 相關(guān)運算相關(guān)運算+多用戶檢測融合為一個濾波器多用戶檢測融合為一個濾波器 c，其判決輸出為，其判決輸出為()()()1( )()( )Kmmmkkkkbkmkr thA bs tmTn t 1( )( ) (),/Nkkcbcns tp n g tnTNTT12K1 ( ),0,1,2,1Kkkkkkr nh A b s nn n nN111 ( ),( ) (0), 1 , (0),1 (0), 1KkkkkNkKkkkkTTkkkTmA b hm mA bmmrr Nmss Nmnn N rsnsnrsn()11 1 12sgn ,sgn( )KmTTTkkk

32、kbAbA bmc rcscsc n基于子空間的盲檢測算法基于子空間的盲檢測算法 首先計算接收信號的相關(guān)矩陣首先計算接收信號的相關(guān)矩陣 這里這里 為擴頻向量，為擴頻向量， 為信號幅度組成的對為信號幅度組成的對角矩陣角矩陣 對相關(guān)矩陣執(zhí)行特征值分解對相關(guān)矩陣執(zhí)行特征值分解 對角陣對角陣 按照降序排列，對應(yīng)相關(guān)矩陣的按照降序排列，對應(yīng)相關(guān)矩陣的K個最大特個最大特征值，矩陣征值，矩陣 由對應(yīng)的特征向量構(gòu)成；對角陣由對應(yīng)的特征向量構(gòu)成；對角陣 對對應(yīng)相關(guān)矩陣的另外應(yīng)相關(guān)矩陣的另外N-K個特征值，矩陣個特征值，矩陣 由對應(yīng)的特征向量構(gòu)成由對應(yīng)的特征向量構(gòu)成 矩陣矩陣 和和 的列向量張成兩個正交子空間，即

33、的列向量張成兩個正交子空間，即)(log)(APAI)(log)(APAI)(log)(APAINiiippH1log2222 KTTTrrkkknNnNkEmmARrrs sIS ASI 12 ,KSs ss 22212,Kdiag AAAA,TsTTTsrrsnsssnnnTnn0URUUU UU UU U0U12(,)sKdiag sU12(,)nKKNdiagnUnUsU0TsnU U基于子空間的盲檢測基于子空間的盲檢測 定義平均輸出能量定義平均輸出能量(MOE)和均方誤差和均方誤差(MSE)分別為分別為 在約束條件在約束條件 下，最小化目標函數(shù)下，最小化目標函數(shù)MOE即可獲得最佳濾波

34、器參數(shù)即可獲得最佳濾波器參數(shù) c 對濾波器參數(shù)分解，寫成對濾波器參數(shù)分解，寫成 ，優(yōu)化問題變成，優(yōu)化問題變成 有用信號和多址干擾均位于信號子空間內(nèi)，通過在信號子空間內(nèi)尋求最有用信號和多址干擾均位于信號子空間內(nèi)，通過在信號子空間內(nèi)尋求最佳權(quán)向量就能抑制多址干擾，且還可消除噪聲對算法收斂性能的影響。佳權(quán)向量就能抑制多址干擾，且還可消除噪聲對算法收斂性能的影響。事實上，由于多用戶檢測無法抑制噪聲，若在全空間搜索，不僅運算量事實上，由于多用戶檢測無法抑制噪聲，若在全空間搜索，不僅運算量大，而且沒有意義大，而且沒有意義)(log)(APAI)(log)(APAI)(log)(APAINiiippH1lo

35、g22221 11( )() ( )() ( )TMOEEEMSEEAbMOEAcc,rc rcc,rc11Ts cssnncU cU c1minmin.1TTsssnnnTsnMOEstccc cc cs U c基于恒模的盲檢測基于恒模的盲檢測 定義代價函數(shù)為定義代價函數(shù)為 加權(quán)向量迭代更新公式加權(quán)向量迭代更新公式 判決輸出判決輸出 此法既不需要已知信號特征波形，也不需要定時信息，僅利用信號的恒此法既不需要已知信號特征波形，也不需要定時信息，僅利用信號的恒模特征構(gòu)造求取最優(yōu)加權(quán)向量的代價函數(shù)模特征構(gòu)造求取最優(yōu)加權(quán)向量的代價函數(shù))(log)(APAI)(log)(APAI)(log)(APAI

36、NiiippH1log421 1 11 1 1( ) / TJEE Ab sE Ab scc r( )(1)( )JiiccccsgnTkb c r非線性多用戶檢測非線性多用戶檢測 非線性多用戶檢測：非線性多用戶檢測：利用已檢測的信號重構(gòu)多址利用已檢測的信號重構(gòu)多址效應(yīng)效應(yīng)引起引起的干擾信號，然后從接收信號中抵消的干擾信號，然后從接收信號中抵消( (無法提供系統(tǒng)的數(shù)學無法提供系統(tǒng)的數(shù)學描述和分析描述和分析) ) 分類：分類：串行干擾抵消檢測、并行干擾抵消檢測、串并混合串行干擾抵消檢測、并行干擾抵消檢測、串并混合型干擾抵消檢測、迫零檢測、序列檢測、分組檢測、基于型干擾抵消檢測、迫零檢測、序列檢測

37、、分組檢測、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾檢測等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾檢測等 串行干擾抵消串行干擾抵消并行干擾抵消并行干擾抵消串行干擾抵消法串行干擾抵消法基本思想：基本思想：按照接收信號功率降序排列，先對用戶按照接收信號功率降序排列，先對用戶 l 進行匹配濾波并判進行匹配濾波并判決，然后重構(gòu)用戶決，然后重構(gòu)用戶 l 的發(fā)送信號；從總的接收信號中減去重構(gòu)信號，得的發(fā)送信號；從總的接收信號中減去重構(gòu)信號，得到已消除用戶到已消除用戶l影響的比較影響的比較“干凈干凈”的接收信號，將其作為下一級用戶的接收信號，將其作為下一級用戶 2 檢測的總接收信號，重復(fù)以上過程，直到完成所有用戶檢測檢測的總接收信號，重復(fù)以上過程，直到完

38、成所有用戶檢測 串行干擾抵消法串行干擾抵消法性能分析性能分析 檢測性能比傳統(tǒng)檢測檢測性能比傳統(tǒng)檢測(單用戶檢測單用戶檢測)有很大提升有很大提升 硬件實現(xiàn)容易硬件實現(xiàn)容易 每次抵消均會引入處理時延，多址用戶不能多每次抵消均會引入處理時延，多址用戶不能多(最多最多4個個) 如果接收信號功率變化，需要重新排序如果接收信號功率變化，需要重新排序 如果初始數(shù)據(jù)判決錯誤，會擴散，導(dǎo)致整體性能嚴重下降如果初始數(shù)據(jù)判決錯誤，會擴散，導(dǎo)致整體性能嚴重下降 并行干擾抵消法并行干擾抵消法基本思想：基本思想：利用接收信號的初始值利用接收信號的初始值( (前級前級) )構(gòu)造所用用戶的干擾信號，然構(gòu)造所用用戶的干擾信號，

39、然后同時從接收信號中抵消所有用戶的干擾后同時從接收信號中抵消所有用戶的干擾并行處理：并行處理：處理時延短、無需重排，但實現(xiàn)復(fù)雜度高處理時延短、無需重排，但實現(xiàn)復(fù)雜度高)(log)(APAI)(log)(APAI)(log)(APAINiiippH1log0, 0)(),()()()(jkkjkkjkETQQWW迫零判決反饋多用戶檢測迫零判決反饋多用戶檢測需要進行需要進行兩步操作：兩步操作：首先進行首先進行部分解相關(guān)部分解相關(guān)線性處理，然后進行線性處理，然后進行串行干串行干擾抵消擾抵消處理處理對相關(guān)矩陣對相關(guān)矩陣R應(yīng)用應(yīng)用Cholesky分解，得到分解，得到 R=FTF，其中，其中F是下三角矩陣，將是下三角矩陣，將矩陣矩陣(FT)-1左乘匹配濾波器組輸出，得到白化信號模型左乘匹配濾波器組輸出，得到白化信號模型由于矩陣由于矩陣F是下三角陣，上式中的比特信息是部分解相關(guān)的，即第一個是下三角陣，上式中的比特信息是部分解相關(guān)的，即第一個用戶沒有用戶沒有MAI，第二個用戶只有第一個用戶的，第二個用戶只有第一個用戶的MAI，以此類推，第，以此類推，第 k 個個用戶還有用戶還有 1,2,k-1 個用戶的個用戶的MAIwwyFAbz迫零判決反饋多用戶檢測迫零判決反饋多用戶檢測以上述部分解相關(guān)基礎(chǔ)，再執(zhí)行串行干擾抵消。第一個用戶的判