通信信號處理第四章2013課件

第四章多用戶檢測技術(shù)基本的多址方式有FDMA、TDMA和CDMA三種，其中CDMA是一種以擴(kuò)頻通信為基礎(chǔ)，基于時頻共享方式的多址技術(shù)。主要優(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、電磁干擾小等，是3G移動通信系統(tǒng)主要的多址接入手段。在CDMA中，DS-CDMA方式應(yīng)用最為廣泛。信號模型：第四章多用戶檢測技術(shù)在接收端，利用匹配濾波器組，通過相關(guān)處理執(zhí)行各路信號檢測第k路信號輸出接收信號與第k個用戶相關(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（MAI）與用戶數(shù)、信號幅度以及互相關(guān)系數(shù)有關(guān)判決器輸出第四章多用戶檢測技術(shù)上述分析過程假定發(fā)射端所有用戶是同步的，但在實(shí)際系統(tǒng)中，各用戶發(fā)射信號往往是異步的接收信號模型為系統(tǒng)輸出矩陣如圖所示的2用戶6bit檢測可等效為6用戶1bit檢測，時間寬度多址干擾多址干擾產(chǎn)生的原因：多個CDMA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（偽隨機(jī)碼之間無法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格正交），隨著用戶數(shù)增加，干擾累積，累積到與期望信號強(qiáng)度相當(dāng)時（干擾底限），判決器將無法識別期望信號和干擾信號，導(dǎo)致判決錯誤?？朔﨧AI的途徑尋找好碼（理想擴(kuò)頻碼的自相關(guān)為1、互相關(guān)為0）：很難功率控制：能減弱MAI的影響，但無法從根本上消除空間濾波：多扇區(qū)化、智能天線，可減少波束覆蓋的用戶數(shù)多用戶檢測：從根本上消除MAI遠(yuǎn)近效應(yīng)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(yùn)算之后形成的多址干擾分量可能與期望信號相當(dāng)，甚至淹沒期望信號，導(dǎo)致判決錯誤。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)的途徑功率控制：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：從根本上消除MAIMUD的基本思想

(Multi-usersDetection)把同時占用某個信道的所有用戶信號都作為有用信號，將多個用戶的碼元、時間、信號幅度、相位等信息聯(lián)合起來，檢測某一個用戶信號

多用戶檢測算法分類最優(yōu)檢測是理論上的最佳結(jié)構(gòu)，但由于不可實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，只是用于評價次優(yōu)檢測性能的上界，目前可實(shí)用的檢測算法都是次優(yōu)的MUD的性能測度漸進(jìn)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多用戶有效性：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漸進(jìn)有效性取值范圍[0,1]，其含義為：當(dāng)噪聲趨于0而誤碼率不趨于0時，漸進(jìn)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(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1時，表明用戶不受其他用戶干擾影響。MUD的性能測度抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力：所有相關(guān)用戶能量范圍內(nèi)測得的最差漸進(jìn)有效性，用于評價多用戶檢測算法抵御遠(yuǎn)近效應(yīng)的魯棒性抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力與擴(kuò)頻碼碼型和解調(diào)方式有關(guān)線性多用戶檢測算法線性多用戶檢測算法：判決前對匹配濾波器組輸出進(jìn)行線性變換（變換矩陣為T），再對變化輸出序列執(zhí)行判決，即x=Ty，b=sgn(x)。其運(yùn)算復(fù)雜度與用戶數(shù)成線性增長關(guān)系算法分類：解相關(guān)檢測器、最小均方誤差檢測器、子空間斜投影檢測器、多項式展開檢測器、自適應(yīng)檢測器等信號模型接收信號相關(guān)運(yùn)算輸出信號互相關(guān)系數(shù)匹配濾波組輸出向量相關(guān)矩陣算法設(shè)計線性變換判決輸出匹配濾波器+線性變換器組合輸出

判決輸出標(biāo)量形式解相關(guān)檢測算法解相關(guān)算法線性變換新的統(tǒng)計量中只有數(shù)據(jù)項和噪聲項，完全消除了MAI項，對其進(jìn)行判決第k個用戶的誤碼率解相關(guān)算法特點(diǎn)：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)，但此法會放大噪聲，且相關(guān)矩陣求逆運(yùn)算量大自適應(yīng)檢測算法自適應(yīng)多用戶檢測利用自適應(yīng)濾波原理，能抵御信道時變對判決性能產(chǎn)生的影響單用戶MMSE型：每個用戶新增一個橫向?yàn)V波器，濾波器抽頭系數(shù)以比特為單位更新，要求抽頭數(shù)大于擴(kuò)頻碼長度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，如果信道時變，需要不斷發(fā)送訓(xùn)練序列自適應(yīng)檢測算法多用戶MMSE型：此法收斂快，但需要訓(xùn)練序列，同時還需要已知其他用戶的擴(kuò)頻碼盲自適應(yīng)檢測算法盲自適應(yīng)多用戶檢測算法：無需其他用戶信息和訓(xùn)練序列，僅需要待測用戶的觀測數(shù)據(jù)即可完成多用戶檢測。根據(jù)盲算法的代價函數(shù)不同分為：最小輸出能量算法恒模盲檢測算法基于子空間的盲自適應(yīng)算法迫零解相關(guān)算法盲檢測無需訓(xùn)練序列，開銷小、效率高、復(fù)雜度低，但收斂速度慢，很難適應(yīng)時變信道環(huán)境非線性多用戶檢測算法非線性多用戶檢測算法：利用已檢測的信號重構(gòu)多址效應(yīng)引起的干擾信號，然后從接收信號中抵消。（無法提供系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分析）分類：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、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的干擾檢測等

串行干擾抵消并行干擾抵消串行干擾抵消法基本思想：按照接收信號功率降序排列，先對用戶l進(jìn)行匹配濾波并判決，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，得到已消除用戶l影響的比較“干凈”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)以上步驟。并行干擾抵消法基本思想：利用接收信號的初始值（前級）構(gòu)造所用用戶的干擾信號，然后同時從接收信號中抵消所有用戶的干擾并行處理：處理時延短、無需重排，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高迫零判決反饋檢測器需要進(jìn)行兩步操作：首先進(jìn)行部分解相關(guān)線性處理，然后進(jìn)行串行干擾抵消處理。對相關(guān)矩陣R應(yīng)用Cholesky分解，得到R=FTF，其中F是下三角矩陣，將矩陣(FT)-1左乘匹配濾波器組輸出，得到白化信號模型由于矩陣F是下三角陣，上式中的比特信息是部分解相關(guān)的，即第一個用戶沒有MAI，第二個用戶只有第一個用戶的MAI，以此類推，第k個用戶還有1,2,…,k-1個用戶的MAI?？諘r聯(lián)合多用戶檢測算法基本思想：利用信號的空間特征和時間特征來提高檢測性能?；谧畲笏迫恍蛄械腟-TMUD、基于最小均方誤差的S-TMUD、最大信噪比準(zhǔn)則