王 俊

(廣東郵電職業(yè)技術學院通信工程系，廣東 廣州 510630)

1 多用戶檢測算法

1979年SCHNEIDER提出了多用戶檢測(multiple user detection，MUD)的概念，并首次提出多址干擾的抑制問題。1986年VERDU提出最佳多用戶檢測算法以后，多用戶檢測技術成為無線通信領域最重要的學術研究熱點之一。

多用戶檢測算法大致分為兩大類［1］:線性多用戶檢測算法和非線性多用戶檢測算法。線性多用戶檢測包括解相關檢測、最小均方誤差檢測和最優(yōu)線性檢測等。非線性多用戶檢測技術又稱為干擾相消技術，有關這方面的研究主要集中在多級算法，主要包括并行和串行干擾相消算法、判決反饋干擾算法以及各種神經(jīng)網(wǎng)絡多用戶檢測算法等。其中干擾相消算法是根據(jù)各個用戶已判決的信號再生多址干擾，并在總接收信號中將各路多址干擾相消，一般分為串行干擾相消(successive interference cancellation，SIC)和并行干擾相消(parallel interference cancellation，PIC)。多用戶檢測中的干擾相消算法充分利用了多個用戶的信息且工程實現(xiàn)相對簡單。存在的問題是:對干擾的估計要求相當準確，否則相消效果會大大削弱甚至使系統(tǒng)性能惡化。

筆者主要介紹并行干擾相消多用戶檢測技術以及對引入HSUPA(high speed uplink packet access)的WCDMA(wideband code division multiple access)系統(tǒng)的容量帶來的增益。

2 干擾相消算法

2.1 干擾相消算法的基本原理

干擾相消算法的基本原理［2］是從存在多址干擾的信號中提取出所需用戶的信號，一種方法是首先恢復干擾信號(其他用戶信號)，然后從整個接收信號中減去這些干擾信號，就能獲得沒有多址干擾的所需用戶信號。由于多址干擾和有用信號的提取是同時進行的，因此多址干擾的恢復和信號的提取一般要經(jīng)過多次才能完成。這類檢測器與用來抗ISI(inter-symbol interference)的反饋均衡器類似。在反饋均衡器中，對前一次檢測到的符號判決反饋回來以消除部分ISI。一般來說，干擾相消算法按結構分為SIC和PIC，目前常用的算法有串行干擾相消、并行干擾相消和去相關判決反饋算法。

2.2 并行干擾相消算法MUD

為克服SIC時延大的缺點，以及避免對用戶信號進行排序，提出并行干擾相消多用戶檢測的方法，即并行干擾相消多用戶檢測器。其基本原理是:利用前一級判決的結構信息構造所有用戶的干擾信號，然后從接收信號中抵消干擾信號，最后判決。并行干擾相消單級多用戶檢測器的原理圖如圖1所示。

圖 1 中，r(t)為基帶接收信號;bi(k)，i=1，2，…，s為第i個用戶的第k次判決;bi(k+1)，i=1，2，…，s為第i個用戶的第k+1次判決;Tb為一個單位的時延。

圖1 PIC單級多用戶檢測原理圖

從圖1可以看出，PIC并行地估計和減去所有的MAI(multiple access interfere)，就能夠判決出所有用戶的并行干擾。假設該檢測器有3級，則只需要3個單位的時延就可以檢測出所有的用戶。PIC是通過多級并行的判決對用戶進行檢測的，一般取3級為宜，由于級數(shù)增加，性能沒有太大的提高，但增加了系統(tǒng)的復雜度。PIC也是依賴于前級判決的，前級若判決不準，誤差也會較大。因此，可用最小均方檢測器或解相關檢測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測器作為PIC的第一級，以達到減少誤碼，提高性能的目的［3］。

3 并行干擾相消對HSUPA小區(qū)容量的影響

3.1 系統(tǒng)模型

假設小區(qū)內都是單一速率的業(yè)務，且實現(xiàn)理想的功率控制，即每個用戶信號到達基站的功率Pi相等，并假設激活因子vi=1，假設小區(qū)內有M個用戶，則該小區(qū)的干擾為:

小區(qū)內用戶解調解擴前的信噪比Eb/No為:

其中，PN為熱噪聲功率，定義Ii=Iown+Ioth為接收機解調解擴前的干擾信號的總功率。而Iown和Ioth分別為該小區(qū)基站接收到的CDMA(code division multiple access)信號中來自該小區(qū)干擾信號的功率和來自鄰小區(qū)干擾信號的功率。在多小區(qū)的情況中，當考慮其他小區(qū)對該小區(qū)干擾的影響時，為方便計算，通常引入量i為其他小區(qū)的干擾功率對該小區(qū)干擾功率之比值。

Iown_total為基站側接收到的該小區(qū)所有被激活移動臺發(fā)射的總功率，在帶有 MUD接收機的WCDMA蜂窩系統(tǒng)中，小區(qū)內用戶在解調解擴前的Eb/No為:

對于并行部分干擾抵消接收機來說，解調解擴前的Eb/No是指兩級干擾抵消后用戶信號的Eb/No。因此MUD接收機解調解擴前干擾信號的總功率為:

由多用戶檢測效率的定義可得:

式中，ηUL為負荷。

3.2 容量仿真結果

仿真是以384 kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務為例，假設小區(qū)所有用戶都是相同的業(yè)務，并且有理想的功率控制。在鏈路預算中，i通常使用一個經(jīng)驗值。根據(jù)維特比算法中［6］對i的計算，如果所有的用戶均勻分布在每個小區(qū)內，并且基站能理想地控制用戶的發(fā)射功率，那么，i取0.65。

由式(10)可估算小區(qū)的吞吐量，其仿真結果如圖2所示。從圖2可看到，當β=0時，MUD沒有起到抵消干擾的作用;當β=0.2時，NR=7 dB，容量增加了11%;當β=0.6時，容量增加了30%。隨著β因子的增大，容量不斷地增加，但β的提高是以設備的復雜度和成本為代價的。

圖2 干擾相消MUD小區(qū)噪聲提升量與小區(qū)吞吐量的關系

.3 干擾相消容量增益

多用戶檢測干擾抵消技術為CDMA系統(tǒng)小區(qū)產生很大的吞吐量增益［7-10］。多用戶檢測干擾抵消技術所帶來的小區(qū)吞吐量增益定義為:

噪聲提升量與小區(qū)負荷因子的關系為:

仿真以64 kb/s數(shù)據(jù)業(yè)務為例，假設小區(qū)所有用戶都是相同的業(yè)務，并且有理想的功率控制。由式(15)可以估算出小區(qū)的吞吐量，由式(16)可以估算出干擾相消所帶來的小區(qū)吞吐量增益。其仿真結果如圖3所示。

圖3 不同β下MUD容量增益ψ與小區(qū)負荷ηUL的關系

從圖3中可以看到，由于干擾抵消技術只對該小區(qū)內干擾有效，因此，從干擾消除獲得的小區(qū)吞吐量增益與MUD效率β成正比，與小區(qū)干擾因子i成反比。對于一個負荷為ηUL=0.9，i=0.65的小區(qū)，若干擾消除效率β=0.3時，理論容量增益為ψ=18%;當干擾消除效率β=0.7時，理論容量增益為ψ=56%。干擾相消MUD可以帶來容量增益的提升，對提高HSUPA上行容量有很大的作用。

4 結論

筆者討論的主要內容是利用并行干擾相消MUD來改善HSUPA上行鏈路性能。首先，綜述多用戶檢測技術的分類，重點介紹了干擾相消算法的原理和結構。其次，推導了引入多用戶檢測技術后，噪聲提升量與多用戶檢測效率的關系公式。最后，分析了多用戶檢測技術給HSUPA小區(qū)帶來的容量增益，并給出了仿真結果。

［1］張銀玲，楊紅英，張勇.多用戶檢測的發(fā)展現(xiàn)狀和分類［J］.科技創(chuàng)新導報，2010(7):226-229.

［2］余淑萍，楊鐵軍.碼分多址系統(tǒng)中多用戶檢測算法之分析［J］.山東通信技術，2008(6):15-16.

［3］吉才利，林土勝.基于干擾相消的多用戶檢測器的原理及比較［J］.桂林電子工業(yè)學院學報，2004(2):36-38.

［4］ROSA C，SENSEN T B，WIGARD J，et al.Interference cancellation and 4-branch antenna diversity for WCDMA uplink packet access［C］//IEEE Proceedings of the 61st Vehicular Technology Conference.［S.l.］:［s.n.］，2005:1758-1762.

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［6］HARRI H，ANTTI T.HSDPA/HSUPA技術與系統(tǒng)設計［M］.葉銀法，陸健賢，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2007:18-97.

［7］3GPP，TR25.896，V6.0.0.Feasibility study for enhanced uplink for UTRA FDD［S］.

［8］3GPP，TS25.306，V5.1.0.UE radio access capabilities［S］.

［9］3GPP，TS25.211，V6.6.0.Physical channels and mapping of transport channels onto physical channels(FDD)［S］.

［10］HARRI H，ANTTI T.WCDMA技術與系統(tǒng)設計［M］.陳澤強，譯.北京:機械工業(yè)出版社，2005:57-102.