第5章多用戶檢測(cè)技術(shù)2014

1、第五章第五章 多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)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(kuò)是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)，基于時(shí)頻共享方式的多址技術(shù)頻通信為基礎(chǔ)，基于時(shí)頻共享方式的多址技術(shù)主要主要優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)容量大、抗干擾性強(qiáng)、保密性好、發(fā)射功率低、電磁系統(tǒng)容量大、抗干擾性強(qiáng)、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(dòng)通信系統(tǒng)主要的多址接入手段。在移動(dòng)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(hào)模型：信號(hào)模型： 1( )( )( )( )( )Kkkkir tA t b t s

2、tn t第五章第五章 多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)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(hào)檢測(cè)執(zhí)行各路信號(hào)檢測(cè)第第k路信號(hào)輸出路信號(hào)輸出接收信號(hào)與第接收信號(hào)與第k個(gè)用戶相關(guān)運(yùn)算恢復(fù)數(shù)據(jù)，與其它用戶相關(guān)運(yùn)算生成個(gè)用戶相關(guān)運(yùn)算恢復(fù)數(shù)據(jù)，與其它用戶相關(guān)運(yùn)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(hào)）與用戶數(shù)、信號(hào)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(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)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(shí)際系統(tǒng)中，各用的，但在實(shí)際系統(tǒng)中，各用戶發(fā)射信號(hào)往往是異步的戶發(fā)射信號(hào)往往是異步的接收信號(hào)模型為接收信號(hào)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(cè)可等效為檢測(cè)可等效為 6用戶用戶1bit檢測(cè)，時(shí)間寬度檢測(cè)，時(shí)間寬度1( )( )()()( )Kkkkkkir tA t b ts tn tyRAbn213bT21

4、12322343345445655610000100001000010000100001RRRRRRRRRRR第五章第五章 多用戶檢測(cè)技術(shù)多用戶檢測(cè)技術(shù)傳統(tǒng)檢測(cè)的特點(diǎn)傳統(tǒng)檢測(cè)的特點(diǎn) 利用匹配濾波器執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，然后判決檢測(cè)，簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；利用匹配濾波器執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算，然后判決檢測(cè)，簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)； 采用單用戶檢測(cè)策略，各用戶分開處理，不對(duì)其他用戶產(chǎn)生的干擾采用單用戶檢測(cè)策略，各用戶分開處理，不對(duì)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(huì)對(duì)判決性能產(chǎn)生影響會(huì)對(duì)判決性能產(chǎn)生影響 遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)可能導(dǎo)致干擾信號(hào)淹沒期望信號(hào)可能導(dǎo)致干擾信號(hào)淹沒期望信號(hào) 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(gè)多個(gè)CDMA用戶共用同一信道，不同用戶的擴(kuò)用戶共用同一信道，不同用戶的擴(kuò)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(jī)碼之間無法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格正交隨機(jī)碼之間無法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)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(hào)強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)戶數(shù)增加，干擾累積，累積到與期望信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)(干擾低限干擾低限)，判判決器將無法識(shí)別期望信號(hào)和干擾信號(hào)，導(dǎo)致判決錯(cuò)誤決器將無法識(shí)別期望信號(hào)和干擾信號(hào)，導(dǎo)致判決錯(cuò)誤克服克服MAI的途徑的途徑 尋找好碼尋找好碼(理想擴(kuò)頻碼的自相關(guān)為理想擴(kuò)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(cè)：多用戶檢測(cè)：從根本上消除從根本上消除MAI遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)遠(yuǎn)近效應(yīng)產(chǎn)生的原因：遠(yuǎn)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(hào)接收功率將比期望信號(hào)接收功率大得多，傳統(tǒng)檢測(cè)方法執(zhí)行么干擾信號(hào)接收功率將比期望信號(hào)接收功率大得多，傳統(tǒng)檢測(cè)方法執(zhí)行相關(guān)運(yùn)算之后形成的多址干擾分量可能與期望信號(hào)相當(dāng)，甚至淹沒期望相關(guān)運(yùn)算之后形成的多址干擾分量可能與期望信號(hào)相當(dāng)，甚至淹沒期望信

7、號(hào)，導(dǎo)致判決錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致判決錯(cuò)誤遠(yuǎn)近效應(yīng)使多址干擾的影響更加復(fù)雜、嚴(yán)重遠(yuǎn)近效應(yīng)使多址干擾的影響更加復(fù)雜、嚴(yán)重克服遠(yuǎn)近效應(yīng)的途徑克服遠(yuǎn)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(cè)：多用戶檢測(cè)：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(cè)多用戶檢測(cè)技術(shù)是一種從接收端設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)特定用戶如何從相互干擾的信息流中正確解調(diào)出某個(gè)

8、特定用戶信號(hào)信號(hào)(同信道干擾抑制、多用戶解調(diào)、干擾對(duì)消同信道干擾抑制、多用戶解調(diào)、干擾對(duì)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(kuò)頻波形擴(kuò)頻波形)是正交的，接收信是正交的，接收信號(hào)與特定用戶的擴(kuò)頻碼做相關(guān)處理后無多址干擾成分，此時(shí)為號(hào)與特定用戶的擴(kuò)頻碼做相關(guān)處理后無多址干擾成分，此時(shí)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(hào)到達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)但由于用戶之間不同步，不同用戶信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)延不同，無法做到所有特征波形在相對(duì)時(shí)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(duì)時(shí)延范圍內(nèi)正交，加之不同用戶擴(kuò)頻碼之間的互相關(guān)系數(shù)不為零，用戶擴(kuò)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(cè)多用戶檢測(cè)把同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶信號(hào)都作為有用信號(hào)，將期把同時(shí)占用某個(gè)信道的所有用戶信號(hào)都作為有用信號(hào)，將期望信號(hào)和干擾信號(hào)的望信號(hào)和干擾信號(hào)的特征波形、定時(shí)信息特征波形、定時(shí)信息 (傳輸時(shí)延、載波相位傳輸時(shí)延、載波相位) 等等聯(lián)合聯(lián)合起來，起來，檢測(cè)檢測(cè)某一個(gè)用戶信號(hào)，從數(shù)學(xué)角度可歸結(jié)為一個(gè)某一個(gè)用戶信號(hào)，從數(shù)學(xué)角度可歸結(jié)為一個(gè)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(cè)算法分類多用戶檢測(cè)算法分類最優(yōu)檢測(cè)：最優(yōu)檢測(cè)：基于極大似然準(zhǔn)則，是理論上的最佳結(jié)構(gòu)，但由于不可實(shí)現(xiàn)基于極大似然準(zhǔn)則，是理論上的最佳結(jié)構(gòu)，但由于不可實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，主要用于評(píng)價(jià)次優(yōu)檢測(cè)性能的復(fù)雜度，主要用于評(píng)價(jià)次優(yōu)檢測(cè)性能次優(yōu)檢測(cè)：次優(yōu)檢測(cè)：可實(shí)用的檢測(cè)算法可實(shí)用的檢測(cè)算法 MUD的性能測(cè)度的性能測(cè)度評(píng)價(jià)多用戶檢測(cè)算法的性能測(cè)度：誤碼率、漸進(jìn)多用戶有效性和抗遠(yuǎn)近評(píng)價(jià)多用戶檢測(cè)算法的性能測(cè)度：誤碼率、漸進(jìn)多用戶有效性和抗遠(yuǎn)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(shí)，具有能量信道下不存在多址干擾時(shí)，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(huì)增大，此時(shí)用戶在多用戶系統(tǒng)中，由于存在多址干擾，誤碼率會(huì)增大，此時(shí)用戶k的誤的誤碼率為碼率為 為用戶為用戶k達(dá)到誤碼率達(dá)到誤碼率Pk,su時(shí)所需要的實(shí)際能量時(shí)所需要的實(shí)際能量(有效能量有效能量)，2,(/)k sukPQE2( )( )/)kkPQeke221( )2uxQ xedu( )kkeEMUD的性能測(cè)度的性能測(cè)度漸進(jìn)多用戶有效性：漸進(jìn)多用戶有效性：衡量干擾用戶對(duì)期望用戶誤碼率的影響程度衡量干擾用戶對(duì)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(dá)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(dá)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(jìn)多用戶有效性：漸進(jìn)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(jìn)有效性取值范圍漸進(jìn)有效性取值范圍0,1，其含義：當(dāng)噪聲趨于，其含義：當(dāng)噪聲趨于0而誤碼率不趨于而誤碼率不趨于0時(shí)，時(shí)，漸進(jìn)有效性取值為漸進(jìn)有效性取值為0，即在無噪環(huán)境中，單用戶檢測(cè)也存在誤碼；漸進(jìn)，即在無噪環(huán)境中，單用戶檢測(cè)也存在誤碼；漸進(jìn)有效性取值越大，表明誤碼率隨噪聲減小下降越快；當(dāng)漸進(jìn)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(dāng)漸進(jìn)有效性為1時(shí)，表明

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

14、概率相等，從接收信號(hào) 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(yàn)概率最大，即依據(jù)合后驗(yàn)概率最大，即依據(jù)最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則最大后驗(yàn)概率準(zhǔn)則執(zhí)行序列檢驗(yàn)執(zhí)行序列檢驗(yàn)后驗(yàn)概率用似然函數(shù)表示后驗(yàn)概率用似然函數(shù)表示Bayes后驗(yàn)概率最大原理或極大似然估計(jì)后驗(yàn)概率最大原理或極大似然估計(jì)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(cè)最優(yōu)多用戶檢測(cè)如果已知信號(hào)幅度和擴(kuò)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(hào)幅度和擴(kuò)頻特

15、征波形，使似然函數(shù)最大，意味著使均方誤差差 達(dá)到最小，即使得下式最小達(dá)到最小，即使得下式最小由此獲得極大似然準(zhǔn)則下的檢測(cè)結(jié)果由此獲得極大似然準(zhǔn)則下的檢測(cè)結(jié)果最優(yōu)多用戶檢測(cè)能達(dá)到最小誤碼率，提供最佳檢測(cè)性能，但需要已知期最優(yōu)多用戶檢測(cè)能達(dá)到最小誤碼率，提供最佳檢測(cè)性能，但需要已知期望用戶和干擾用戶的特征波形和定時(shí)信息望用戶和干擾用戶的特征波形和定時(shí)信息(實(shí)際無法實(shí)現(xiàn)實(shí)際無法實(shí)現(xiàn))，且計(jì)算復(fù)雜，且計(jì)算復(fù)雜度為度為 ，不切實(shí)際，不切實(shí)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(cè)線性多用戶檢測(cè)基本思想：基本思想：判決前對(duì)匹配濾波器組輸出進(jìn)行線性變換判決前對(duì)匹配濾波器組輸出進(jìn)行線性變換(變換矩陣為變換矩陣為T)，再對(duì)變換后的輸出序列執(zhí)行判決，即再對(duì)變換后的輸出序列執(zhí)行判決，即x=Ty，b=sgn(x)，其運(yùn)算復(fù)雜度與，其運(yùn)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性增長(zhǎng)關(guān)系用戶數(shù)成線性增長(zhǎng)關(guān)系信號(hào)模型信號(hào)模型接收信號(hào)接收信號(hào)相關(guān)運(yùn)算輸出信號(hào)相關(guān)運(yùn)算輸出信號(hào)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(jì)算法設(shè)計(jì)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(biāo)量形式判決輸出標(biāo)量形式算法分類：算法分類：線性最小均方誤差檢測(cè)、解相關(guān)檢測(cè)、子空間斜投影線性最小均方誤差檢測(cè)、解相關(guān)檢測(cè)、子空間斜投影檢測(cè)、多項(xiàng)式展開檢測(cè)、自適應(yīng)檢測(cè)等檢測(cè)、多項(xiàng)式展開檢測(cè)、自適

18、應(yīng)檢測(cè)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(cè)線性最小均方誤差檢測(cè)線性最小均方誤差檢測(cè)：線性最小均方誤差檢測(cè)：設(shè)計(jì)一種線性變換，使得發(fā)送數(shù)據(jù)比特與多設(shè)計(jì)一種線性變換，使得發(fā)送數(shù)據(jù)比特與多用戶檢測(cè)器輸出之間的均方誤差最小，即用戶檢測(cè)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(cè)器輸出為多用戶檢測(cè)器輸出

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

20、性，即去掉多址干擾通過線性變換去掉信號(hào)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(hào)成分和噪聲成分，完全消除了中只有期望信號(hào)成分和噪聲成分，完全消除了MAI，對(duì)其進(jìn)行判決對(duì)其進(jìn)行判決 第第k個(gè)用戶的個(gè)用戶的誤碼率誤碼率 技術(shù)特點(diǎn)：技術(shù)特點(diǎn)：能提高系統(tǒng)容量；無需估計(jì)信號(hào)幅度，且性能與干擾用戶能提高系統(tǒng)容量；無需估計(jì)信號(hào)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(hào)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(hào)能量無關(guān)，但此法可能放大噪聲，且相關(guān)矩陣求逆運(yùn)算量大大噪聲，且相關(guān)矩陣求逆運(yùn)算量大decdecdec11xT yR yAbR

21、nAbn1sgn()sgn()decdecbR yAbn1decTR12 ,TdecKx xxx( ),21,1101(/)ke deckkdeckk deckkkkppr xxpr bbpr nAQ AR 多項(xiàng)式展開檢測(cè)多項(xiàng)式展開檢測(cè)前面兩種線性多用戶檢測(cè)都需要執(zhí)行矩陣求逆運(yùn)算，復(fù)雜度高，工程前面兩種線性多用戶檢測(cè)都需要執(zhí)行矩陣求逆運(yùn)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(yùn)算量上通常采用迭代法近似逼近最優(yōu)解，以降低運(yùn)算量多項(xiàng)式展開檢測(cè)的多項(xiàng)式展開檢測(cè)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(shí)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(shí)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(duì)于給定的級(jí)數(shù)對(duì)于給定的級(jí)數(shù) N 和對(duì)接收信號(hào)相關(guān)和對(duì)接收信號(hào)相關(guān)運(yùn)算獲得的相關(guān)矩陣運(yùn)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(cè)性能權(quán)系數(shù)就能改善檢測(cè)性能1NiPEiiTwR自適應(yīng)多用戶檢測(cè)自適應(yīng)多用戶檢測(cè) 自適應(yīng)多用戶檢測(cè)自適應(yīng)多用戶檢測(cè)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(shí)變對(duì)判決性能產(chǎn)生的影響陣元素，能抵御信道時(shí)變對(duì)判決性能產(chǎn)生的影響 自適應(yīng)自適應(yīng)MMSE多用戶檢測(cè)：多用戶檢測(cè)：在接收端首先

23、進(jìn)行碼片匹配濾波，然后用在接收端首先進(jìn)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(kuò)頻碼碼長(zhǎng)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(kuò)頻碼碼長(zhǎng)相等的樣本，構(gòu)成接收信號(hào)列向量收信號(hào)列向量 將相關(guān)運(yùn)算和多用戶檢測(cè)融為一體，統(tǒng)一用將相關(guān)運(yùn)算和多用戶檢測(cè)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(zhǔn)則下：準(zhǔn)則下：11, (1), (2), ()KTkkkkA brrr Nrsn rsgnHkkb c r1 kkkHkkknne ne nb nnccrcr自適應(yīng)多用戶檢測(cè)自適應(yīng)多用戶檢測(cè) 針對(duì)單用戶的自適應(yīng)針對(duì)單用戶的自適應(yīng)MMSE檢測(cè)：

24、在接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行碼片濾波后檢測(cè)：在接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行碼片濾波后接入一個(gè)橫向?yàn)V波器，延遲時(shí)間為碼片時(shí)間，抽頭數(shù)等于擴(kuò)頻碼長(zhǎng)，濾接入一個(gè)橫向?yàn)V波器，延遲時(shí)間為碼片時(shí)間，抽頭數(shù)等于擴(kuò)頻碼長(zhǎng)，濾波器抽頭系數(shù)以碼元時(shí)間為單位更新波器抽頭系數(shù)以碼元時(shí)間為單位更新 無需已知其他用戶的擴(kuò)頻碼，無需本用戶序列嚴(yán)格同步，但需要訓(xùn)練序無需已知其他用戶的擴(kuò)頻碼，無需本用戶序列嚴(yán)格同步，但需要訓(xùn)練序列，如果信道時(shí)變，需要不斷發(fā)送訓(xùn)練序列列，如果信道時(shí)變，需要不斷發(fā)送訓(xùn)練序列盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè) 前述多用戶檢測(cè)的工作過程均需要兩個(gè)階段：一是前述多用戶檢測(cè)的工作過程均需要兩個(gè)階段：一是訓(xùn)練階段，訓(xùn)練

25、階段，通過訓(xùn)通過訓(xùn)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(xùn)練序列；二是須添加訓(xùn)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(cè)不僅需要添加訓(xùn)練序列，導(dǎo)致傳輸?shù)挠行?。可見，此類多用戶檢測(cè)不僅需要添加訓(xùn)練序列，導(dǎo)致傳輸?shù)挠行畔p少，而且對(duì)快速時(shí)變信道的魯棒性差。信息減少，而且對(duì)快速時(shí)變信道的魯棒性差。 盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)：無需其他用戶信息和訓(xùn)練序列，無需其他用戶信息和訓(xùn)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(cè)用戶的觀測(cè)數(shù)據(jù)即可完成多用戶檢測(cè)僅需要待測(cè)用戶的觀測(cè)數(shù)據(jù)即可完成多用戶檢測(cè)，理論上能，理論上能適應(yīng)無線信道特性快速時(shí)變的應(yīng)用場(chǎng)景適應(yīng)無線信道特性快速時(shí)變的應(yīng)用場(chǎng)景 盲檢測(cè)無需訓(xùn)練序列，開銷小、效率高，但復(fù)雜度高，收斂慢盲檢測(cè)無需訓(xùn)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(cè)盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè) 根據(jù)盲根據(jù)盲多用戶檢測(cè)多用戶檢測(cè)的代價(jià)函數(shù)不同分為：的代價(jià)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(cè)：的盲檢測(cè)：檢測(cè)器已知用戶特征波形和定時(shí)信檢測(cè)器已知用戶特征波形和定時(shí)信息息 基于子空間的盲基于子空間的盲檢測(cè)：檢測(cè)：檢測(cè)器已知用戶特征波形，定時(shí)信息可通檢測(cè)器已知用戶特征

27、波形，定時(shí)信息可通過對(duì)接收信號(hào)定時(shí)估計(jì)獲得過對(duì)接收信號(hào)定時(shí)估計(jì)獲得 基于基于恒模恒模的的盲檢測(cè)盲檢測(cè)：未知任何用戶先驗(yàn)信息，僅知道用戶碼元速未知任何用戶先驗(yàn)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(cè)約束最小輸出能量盲檢測(cè) K個(gè)個(gè)CDMA用戶接收信號(hào)用戶接收信號(hào)為：為： 在碼元時(shí)間內(nèi)用戶在碼元時(shí)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(shí)信息并做同步處理，即假設(shè)已知所有用戶的定時(shí)信息并做同步處理，即 在碼元時(shí)間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號(hào)離散表達(dá)式在碼元時(shí)間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號(hào)離散表達(dá)式 其向量表達(dá)式為其向量表達(dá)式為 相關(guān)運(yùn)算相關(guān)運(yùn)算+

28、多用戶檢測(cè)融合為一個(gè)濾波器多用戶檢測(cè)融合為一個(gè)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(cè)約束最小輸出能量盲檢測(cè) 假設(shè)已知期望信號(hào)的特征波形，據(jù)此將濾波器參數(shù)分解為兩個(gè)正交向假設(shè)已知期望信號(hào)的特征波形，據(jù)此將濾波器參數(shù)分解為兩個(gè)正交向量之和量之和 ，分別表征期望信號(hào)特征波形和干擾，分別表征期望信號(hào)特征波形和干擾 濾波器參數(shù)基于最小均方誤差準(zhǔn)則，即使得干擾最小構(gòu)建代價(jià)函數(shù)濾波器參數(shù)基于最小均方誤差準(zhǔn)則，即使得干擾最小構(gòu)建代價(jià)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(duì)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(duì)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(cè)濾波器參數(shù)檢測(cè)濾波器參數(shù) 運(yùn)用此算法要求已知用戶的特征波形和定時(shí)信息，否則

30、無法進(jìn)行濾波運(yùn)用此算法要求已知用戶的特征波形和定時(shí)信息，否則無法進(jìn)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(cè)基于子空間的盲檢測(cè) K個(gè)個(gè)CDMA用戶接收信號(hào)用戶接收信號(hào)為：為： 在碼元時(shí)間內(nèi)用戶在碼元時(shí)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(shí)信息并做同步處理，即假設(shè)已知所有用戶的定時(shí)信息并做同步處理，即 在碼元時(shí)間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號(hào)離散表達(dá)式在碼元時(shí)間內(nèi)，按照碼片速率采樣，得到接收信號(hào)離散表達(dá)式

31、 其向量表達(dá)式為其向量表達(dá)式為 相關(guān)運(yùn)算相關(guān)運(yùn)算+多用戶檢測(cè)融合為一個(gè)濾波器多用戶檢測(cè)融合為一個(gè)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(cè)算法基于子空間的盲檢測(cè)算法 首先計(jì)算接收信號(hào)的相關(guān)矩陣首先計(jì)算接收信號(hào)的相關(guān)矩陣 這里這里 為擴(kuò)頻向量，為擴(kuò)頻向量， 為信號(hào)幅度組成的對(duì)為信號(hào)幅度組成的對(duì)角矩陣角矩陣 對(duì)相關(guān)矩陣執(zhí)行特征值分解對(duì)相關(guān)矩陣執(zhí)行特征值分解 對(duì)角陣對(duì)角陣 按照降序排列，對(duì)應(yīng)相關(guān)矩陣的按照降序排列，對(duì)應(yīng)相關(guān)矩陣的K個(gè)最大特個(gè)最大特征值，矩陣征值，矩陣 由對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成；對(duì)角陣由對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成；對(duì)角陣 對(duì)對(duì)應(yīng)相關(guān)矩陣的另外應(yīng)相關(guān)矩陣的另外N-K個(gè)特征值，矩陣個(gè)特征值，矩陣 由對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成由對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成 矩陣矩陣 和和 的列向量張成兩個(gè)正交子空間，即

33、的列向量張成兩個(gè)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(cè)基于子空間的盲檢測(cè) 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(biāo)函數(shù)下，最小化目標(biāo)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(duì)濾波器參數(shù)分解，寫成對(duì)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(hào)和多址干擾均位于信號(hào)子空間內(nèi)，通過在信號(hào)子空間內(nèi)尋求最有用信號(hào)和多址干擾均位于信號(hào)子空間內(nèi)，通過在信號(hào)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(duì)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(duì)算法收斂性能的影響。事實(shí)上，由于多用戶檢測(cè)無法抑制噪聲，若在全空間搜索，不僅運(yùn)算量事實(shí)上，由于多用戶檢測(cè)無法抑制噪聲，若在全空間搜索，不僅運(yùn)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(cè)基于恒模的盲檢測(cè) 定義代價(jià)函數(shù)為定義代價(jià)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(hào)特征波形，也不需要定時(shí)信息，僅利用信號(hào)的恒此法既不需要已知信號(hào)特征波形，也不需要定時(shí)信息，僅利用信號(hào)的恒模特征構(gòu)造求取最優(yōu)加權(quán)向量的代價(jià)函數(shù)模特征構(gòu)造求取最優(yōu)加權(quán)向量的代價(jià)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(cè)非線性多用戶檢測(cè) 非線性多用戶檢測(cè)：非線性多用戶檢測(cè)：利用已檢測(cè)的信號(hào)重構(gòu)多址利用已檢測(cè)的信號(hào)重構(gòu)多址效應(yīng)效應(yīng)引起引起的干擾信號(hào)，然后從接收信號(hào)中抵消的干擾信號(hào)，然后從接收信號(hào)中抵消( (無法提供系統(tǒng)的數(shù)學(xué)無法提供系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分析描述和分析) ) 分類：分類：串行干擾抵消檢測(cè)、并行干擾抵消檢測(cè)、串并混合串行干擾抵消檢測(cè)、并行干擾抵消檢測(cè)、串并混合型干擾抵消檢測(cè)、迫零檢測(cè)、序列檢測(cè)、分組檢測(cè)、基于型干擾抵消檢測(cè)、迫零檢測(cè)、序列檢測(cè)

37、、分組檢測(cè)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾檢測(cè)等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾檢測(cè)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(hào)功率降序排列，先對(duì)用戶按照接收信號(hào)功率降序排列，先對(duì)用戶 l 進(jìn)行匹配濾波并判進(jìn)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(hào)；從總的接收信號(hào)中減去重構(gòu)信號(hào)，得的發(fā)送信號(hào)；從總的接收信號(hào)中減去重構(gòu)信號(hào)，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(hào)，將其作為下一級(jí)用戶的接收信號(hào)，將其作為下一級(jí)用戶 2 檢測(cè)的總接收信號(hào)，重復(fù)以上過程，直到完成所有用戶檢測(cè)檢測(cè)的總接收信號(hào)，重復(fù)以上過程，直到完

38、成所有用戶檢測(cè) 串行干擾抵消法串行干擾抵消法性能分析性能分析 檢測(cè)性能比傳統(tǒng)檢測(cè)檢測(cè)性能比傳統(tǒng)檢測(cè)(單用戶檢測(cè)單用戶檢測(cè))有很大提升有很大提升 硬件實(shí)現(xiàn)容易硬件實(shí)現(xiàn)容易 每次抵消均會(huì)引入處理時(shí)延，多址用戶不能多每次抵消均會(huì)引入處理時(shí)延，多址用戶不能多(最多最多4個(gè)個(gè)) 如果接收信號(hào)功率變化，需要重新排序如果接收信號(hào)功率變化，需要重新排序 如果初始數(shù)據(jù)判決錯(cuò)誤，會(huì)擴(kuò)散，導(dǎo)致整體性能嚴(yán)重下降如果初始數(shù)據(jù)判決錯(cuò)誤，會(huì)擴(kuò)散，導(dǎo)致整體性能嚴(yán)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(hào)的初始值利用接收信號(hào)的初始值( (前級(jí)前級(jí)) )構(gòu)造所用用戶的干擾信號(hào)，然構(gòu)造所用用戶的干擾信號(hào)，

39、然后同時(shí)從接收信號(hào)中抵消所有用戶的干擾后同時(shí)從接收信號(hào)中抵消所有用戶的干擾并行處理：并行處理：處理時(shí)延短、無需重排，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高處理時(shí)延短、無需重排，但實(shí)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(cè)迫零判決反饋多用戶檢測(cè)需要進(jìn)行需要進(jìn)行兩步操作：兩步操作：首先進(jìn)行首先進(jìn)行部分解相關(guān)部分解相關(guān)線性處理，然后進(jìn)行線性處理，然后進(jìn)行串行干串行干擾抵消擾抵消處理處理對(duì)相關(guān)矩陣對(duì)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(hào)模型左乘匹配濾波器組輸出，得到白化信號(hào)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(gè)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(gè)用戶沒有用戶沒有MAI，第二個(gè)用戶只有第一個(gè)用戶的，第二個(gè)用戶只有第一個(gè)用戶的MAI，以此類推，第，以此類推，第 k 個(gè)個(gè)用戶還有用戶還有 1,2,k-1 個(gè)用戶的個(gè)用戶的MAIwwyFAbz迫零判決反饋多用戶檢測(cè)迫零判決反饋多用戶檢測(cè)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(gè)用戶的判