苗毅 魏挺

摘要：現(xiàn)代的多用戶檢測(cè)技術(shù)發(fā)展至今，一方面依據(jù)與新的準(zhǔn)則不斷有新的多用戶檢測(cè)器被提出，另一方面現(xiàn)有的檢測(cè)器在具體實(shí)現(xiàn)上也不斷有新的算法出現(xiàn)。多用戶檢測(cè)技術(shù)還緊隨CDMA系統(tǒng)的變化，直接應(yīng)用到CDMA中去。而如今的多用戶檢測(cè)器有：Kurtosis最大最小檢測(cè)器、MEBER檢測(cè)器、IMM檢測(cè)器、MOE檢測(cè)器、干擾消除檢測(cè)器、MMSE檢測(cè)器等。

關(guān)鍵詞：多用戶檢測(cè)技術(shù)、算法、檢測(cè)器

1 概述

在CDMA系統(tǒng)中，對(duì)于某些特定的用戶，其他的信號(hào)都是干擾信號(hào)，這些干擾既有來(lái)自小區(qū)內(nèi)的，也有來(lái)自小區(qū)外的，干擾限定了系統(tǒng)的容量。我們通過(guò)采用多用戶檢測(cè)（MUD）去消除消除CDMA系統(tǒng)中小區(qū)內(nèi)或小區(qū)間的干擾并改進(jìn)接收性能、增加系統(tǒng)容量的。

多用戶檢測(cè)的原理是：系統(tǒng)中每個(gè)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)比特，是采用一定擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻后發(fā)送的。只要在接收端用多個(gè)相關(guān)接收機(jī)和多個(gè)相應(yīng)的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)接收，接收機(jī)能在指定要接收的信號(hào)中減去其他信號(hào)的干擾，從而減小了系統(tǒng)內(nèi)的自身干擾。這使得在一定的數(shù)據(jù)誤碼率條件下，放寬了對(duì)輸入信干比的要求，也即增加了系統(tǒng)的容量。多用戶檢測(cè)同時(shí)還緩解了CDMA系統(tǒng)中的遠(yuǎn)近效應(yīng)。

這樣的想法最早在1979年由Schneider提出的，但并沒(méi)有引起重視。直到1986年Verdu將最優(yōu)多用戶檢測(cè)的理論向前推動(dòng)了一大步，認(rèn)為多址干擾是具有一定結(jié)構(gòu)的有效信息，理論上證明采用最大似然序列檢測(cè)可以逼近單用戶接受性能，并有效地克服了遠(yuǎn)近效應(yīng)，大大地提高了系統(tǒng)容量，從而開(kāi)始了對(duì)多用戶檢測(cè)的廣泛研究。

現(xiàn)代的多用戶檢測(cè)技術(shù)發(fā)展至今，一方面依據(jù)與新的準(zhǔn)則不斷有新的多用戶檢測(cè)器被提出，另一方面現(xiàn)有的檢測(cè)器在具體實(shí)現(xiàn)上也不斷有新的算法出現(xiàn)。多用戶檢測(cè)技術(shù)還緊隨CDMA系統(tǒng)的變化，直接應(yīng)用到CDMA中去。而如今的多用戶檢測(cè)器有：Kurtosis最大最小檢測(cè)器、MEBER檢測(cè)器、IMM檢測(cè)器、MOE檢測(cè)器、干擾消除檢測(cè)器、MMSE檢測(cè)器等。

2 系統(tǒng)模型

假設(shè)有n個(gè)用戶，每個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)比特b1 b2到bn，通過(guò)擴(kuò)頻碼字進(jìn)行頻率擴(kuò)展，經(jīng)過(guò)無(wú)線信道傳輸，加入了噪聲n（t），接收端接收的用戶信號(hào)與同步的擴(kuò)頻碼字相關(guān)，接收機(jī)相乘器由乘法器、積分和信息轉(zhuǎn)存功能部分組成。解擴(kuò)后的結(jié)果通過(guò)多用戶檢測(cè)算法去除用戶之間的干擾，得到用戶的信號(hào)估計(jì)值b^1 b^2到bn^。多用戶檢測(cè)將不期望的多接入干擾從接入信號(hào)中分離。多用戶檢測(cè)輸出的是估測(cè)的數(shù)據(jù)比特。從原理圖上就可以看出：多用戶檢測(cè)的關(guān)鍵取決于相關(guān)器的同步擴(kuò)頻碼字跟蹤、各個(gè)用戶信號(hào)的檢測(cè)性能、相對(duì)能量的大小信道估計(jì)的準(zhǔn)確性等接收機(jī)的性能，也就是取決于捕捉到的能量、相位的影響和碼跟蹤差錯(cuò)。在理想情況下，與沒(méi)有MUD的系統(tǒng)相比，MUD用戶檢測(cè)提高減少干擾2.8倍因子。實(shí)際情況下，MUD的有效性不到100%，也就是說(shuō)取決于檢測(cè)方案、信道估計(jì)、時(shí)延估測(cè)和功率控制差錯(cuò)。

3 多用戶檢測(cè)器的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

在多用戶檢測(cè)器的性能評(píng)價(jià)中，有三個(gè)最重要的指標(biāo)：誤碼率、漸進(jìn)多用戶有效性、抗遠(yuǎn)近能力。其中漸進(jìn)多用戶有效性（簡(jiǎn)稱漸進(jìn)有效性）是Verdu S引入的，它是衡量干擾用戶對(duì)期望用戶誤碼率影響的測(cè)度。漸進(jìn)有效性與低噪聲誤碼率是兩個(gè)等價(jià)的性能指標(biāo)，但漸進(jìn)有效性容易被分析，對(duì)檢測(cè)器能夠得到顯示表示，所以更多地作為多用戶檢測(cè)的性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

4 最佳的多用戶檢測(cè)

最佳的多用戶檢測(cè)實(shí)際上是最優(yōu)檢測(cè)器，而最優(yōu)檢測(cè)器又是最大似然序列檢測(cè)器（MLSD）。對(duì)于同步系統(tǒng)而言，就是要找出是似然函數(shù)最大的可能輸出序列，要從22種用戶信息中找出一種最佳組合。

對(duì)異步系統(tǒng)，可用一組匹配濾波器加Viterbi算法實(shí)現(xiàn)。

最優(yōu)檢測(cè)器的特點(diǎn)有：首先是多用戶檢測(cè)器的最佳結(jié)構(gòu)、其次必須知道所有用戶的信號(hào)幅度和相位、具有指數(shù)復(fù)雜度并且無(wú)法實(shí)用、最優(yōu)多用戶檢測(cè)器可以達(dá)到最高的漸進(jìn)有效性，也就是說(shuō)它對(duì)每個(gè)用戶都能達(dá)到最小的誤碼率，這是所有其他類型檢測(cè)器的上限。

5 盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)

對(duì)于快時(shí)變信道，由于需要頻繁發(fā)送訓(xùn)練序列，從而大大降低了系統(tǒng)的有效性和可靠性。因此，我們開(kāi)始直接從業(yè)務(wù)信號(hào)本身提取信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)檢測(cè)技術(shù)，成為盲自適應(yīng)檢測(cè)。但是，盲算法的最大問(wèn)題是其收斂速度能否跟得上信道時(shí)變衰落的變化速度。由于盲自適應(yīng)多用戶檢測(cè)既不需要訓(xùn)練序列，也不需要其他用戶的擴(kuò)頻碼信息，所需要的信息幾乎與傳統(tǒng)的檢測(cè)器相同，因此，它本質(zhì)上是一種單用戶抗多徑自適應(yīng)檢測(cè)。盲算法的收斂速度慢是通病，特別對(duì)于快速時(shí)變信道，這是一個(gè)致命的弱點(diǎn)。但對(duì)于慢時(shí)變的移動(dòng)信道，它仍是很有吸引力的算法。

考察一直接序列碼分多址系統(tǒng)，它有K個(gè)用戶，無(wú)線信道為加性高斯白噪聲信道，在經(jīng)過(guò)一系列處理后，接收機(jī)在一個(gè)碼元間隔的離散時(shí)間輸出可用信號(hào)模型

表示。式中v（n）為信道噪聲；Ak，bk（n）和sk（n）分別是第k個(gè)用戶的接收幅值、信息字符序列和特征波形；σ為一常數(shù)?，F(xiàn)在假定各個(gè)用戶的信息字符從{-1，+1}中獨(dú)立地、等概率地選取，還假定特征波形具有單位能量，即

并且特征波形的支撐區(qū)為[0，Ts]，其中Ts=NTc為碼元間隔，而N和 Tc分別是擴(kuò)頻增益和碼片間隔。

盲多用戶檢測(cè)的思想是：已知一個(gè)碼元間隔內(nèi)的接收信號(hào)y（0），…，y（N-1）和期望用戶的特征波形sk（0），…，sk（N-1），估計(jì)期望用戶發(fā)射的信息字符bk（n）。所謂“盲“是指盲多用戶檢測(cè)器沒(méi)有其它用戶的任何信息。

假定用戶1為期望用戶，定義

y（n）為接收信號(hào)向量，v（n）為噪聲向量，sk（n）為用戶k的特征波形向量。式中右邊第一項(xiàng)為期望用戶的信號(hào)，第二項(xiàng)為所有其它用戶的干擾信號(hào)之和，第三項(xiàng)代表信道噪聲。

現(xiàn)針對(duì)期望用戶，設(shè)計(jì)其盲多用戶檢測(cè)器c1，則檢測(cè)器的輸出為

因此，第n個(gè)碼元間隔的期望用戶信息字符判決如下：

盲多用戶檢測(cè)器c1，有兩種典范表示：

這兩種典范表示都將自適應(yīng)多用戶檢測(cè)器分解為固定部分 與另一個(gè)自適應(yīng)部分之和，并且這兩部分正交。

在盲多用戶檢測(cè)器中最常用的算法主要有最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法。

兩種算法中RLS算法的計(jì)算復(fù)雜度高于LMS算法，然而在LMS算法中，其u值為越大收斂速度越快，而跟蹤性能越差。在RLS算法中λ值越小收斂速度越快，而跟蹤性能越差。

參考文獻(xiàn)：

[1]王麗楊.多用戶檢測(cè)技術(shù)研究.信息科學(xué).2005.4

[2]于璐、李波、張玉鳳、馬鑫.多用戶檢測(cè)技術(shù)在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的標(biāo)化與應(yīng)用研究.2010信息通信網(wǎng)技術(shù)業(yè)務(wù)發(fā)展研討會(huì).2010

[3]施曉妍.多用戶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀.山東通信技術(shù).2005.9