1、毕业设计文献综述通信工程CDMA扩频通信系统多用户检测技术摘要多用户检测技术是CDMA扩频通信系统中抑制多址干扰的一项关键技术，成为通信领域的新热点。经过20余年的发展，对抑制多址干扰的多用户检测方法已研究的十分宽泛和具体。在不同的准则下，多用户检测具有不同的分类方法。从结构上看，多用户检测又分为线性多用户检测及非线性多用户检测方法。按性能的不同，多用户检测可分为最优多用户检测法及准最优多用户检测法。介绍了各类技术的一般实现方法和典型算法；从原理上分析了各类算法的科学性。关键词CDMA；多址干扰；多用户检测；由于CDMA通信系统是一个典型的干扰受限系统1，多址干扰和码间干扰都影响着系统容量和系
2、能，而多用户检测技术是CDMA扩频通信系统中抑制多址干扰的最根本的方法。传统多用户检测是使用匹配滤波器和相关接收机，它将除目标用户信号外其他用户信号当作干扰来对待，不能利用各用户的扩频码和定时信号，限制了系统的性能和容量。多用户检测的思想是在多用户环境中综合利用干扰用户在内的多个信号的特点经行信号处理。目前文献中已经提出了很多种类的多用户检测技术，经过十几年的研究，学术界已经形成了几条比较清晰的思路。目前总体来说多用户检测技术按性能可以分为最优多用户检测，次最优多用户检测；按结构分有线性和非线性；多用户检测技术的分类如下图所示图11多用户检测技术的分类一传统单用户检测技术传统的单用户检测技术完
3、全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号进行扩频码和匹配处理，将多址干扰当作噪声来处理,其接收端用一个和发送地址码（波形）以及相匹配的滤波器（相关器）来达到信号分离的目的，并且在相关器后直接解调判决。若匹配滤波采用的是结合了信道响应的相关波形，相当于是RAKE接收机2，一定意义上实现了利用多径响应的作用。这种方法具有易于实现的优点，在一般的扩频多址通信系统中获得广泛的应用，但是它存在缺点就是忽略了不同用户的扩频信号之间存在的互相关性以及多址干扰的存在，从而引起误码率的提高，除此之外伴随着系统内用户接入数目的增多，多址干扰强度的增大，导致误码率将呈指数形式增加，并很容易受到远近效应的影响，最终
4、导致系统的多用户通信能力的降低。3传统单用户检测器如下图所示图12传统单用户检测器（CSD）模型采样后的第K个用户的输出信号匹配滤波器上式子第三项错误未找到引用源。是第J个和第K个用户的互相关性，结果有三部分，第一部分是有用信号。第二部分是由多址接入造成的多址干扰（MAI），最后一个是由于噪声造成的。单用户检测技术把MAI当作噪声二最优多用户检测技术在1979年，SCHNEIDER提出一种迫零算法3，原理是将多个用户的码元（扩频码的结构特点）和定时消息（振幅和相位信息）联合起来去检测每个用户的信息。1983年，KOHNO提出干扰消除接受机思想，设计出了异步多用户通信环境下使用维特比算法的最优接
5、受机。最优多用户检测的思想出自于VERDU，1986年他提出根据最大似然序列检测法，利用维特比算法来实现了所有信号的联合检测。这种算法的复杂度与用户数呈指数增长关系，并且检测器还需要知道接受信号的幅度和相位，这就是最优多用户检测技术45。同一个有K用户的CDMA系统信道中传输的信号可以表示为K表示第K个用户。AT信号幅度BT信息比特STPN码波形NTAWGN双边功率谱密度N/2最优多用户检测法就是利用B错误未找到引用源。错误未找到引用源。数据序列使得下面这个式子最大；此公式最大。其中HARA。最优多用户检测法可以达到最大的渐近有效性，而此法对于每个用户而言它都有最小误码率，这是其他类型检测法的
6、上限。但是最优多用户检测法存在缺点是它的复杂度太高，因为上式中B错误未找到引用源。，而一个比特里面的信号Y（T）需要对所有的B经行实验，找出使得的值最大。而B最多有2K种取值，其计算的复杂程度是每比特所需的计算量为错误未找到引用源。（K2），可见最优检测器的计算复杂度是随着用户的增多表现出指数增长趋势。如果系统内的用户很少这种方法很容易接受，然后如果用户数量很大所带来的计算量和复杂度也是系统很难忍受的。由此可见用户的数量将很大程度上限制了最优多用户检测方法的实际应用。因此只有系统内用户数目很少并且数据传输效率很低的时候才能发挥出效力。此外多用户检测技术还有具有最优的抗远近的能力。正是由于最优多
7、用户检测技术的限制6，许多学者在此之后一直在寻找在性能和运算复杂度之间平衡的新的多用户检测技术。次最优对用户检测技术应运而生，下面将介绍次最优技术中的线性多用户检测技术。三线性多用户检测技术线性多用户检测技术的结构图如下图13线性多用户检测器模型线性多用户检测技术大体上是在匹配滤波器输出的信号后续处理中增加一个线性变换，总得来说就是用一个代价函数最小化选择线性变换矩阵T。结构如上图所示ZTY，表示信号经过匹配滤波器输出Y在通过线性矩阵变换的输出。而线性多用户检测技术可以分为解相关，MMSE和多项式扩展等三种方法。31解相关多用户检测技术该法首先由SCHNEIDER提出的7,KOHNO在1983
8、年也提出来了类似的理论解相关的优势在于它是一种自然的方法，在最小均方，抗远近能力和最大似然三个标准中都是最优的。对于同步信道K个匹配滤波器输出向量YRABN，其中，N是零均值，协方差为2R的高斯随机向量。但是考虑到传统的检测法在无噪声的环境中也存在误码解相关的唯一的干扰来源就是背景噪声。解相关的原理框图如下图所示图14解相关检测法的模型学者研究表明解相关多用户检测法有两个优点1不需要知道接受幅度，易于分散计算，每个用户的解调可以独立实施2具有最佳的抗远近性能；误码率与用户功率无关，并且当系统中各个用户的发射功率未知时，解相关多用户检测法仍然能对用户信号做出最大似然估计，付出的代价则是使系统中的
9、噪声有较大的增加，可以完全消除MAI。另外一方面它还存在一定的缺点此法对噪声有了一定的放大作用，并需要知道所有扩频码，而这些信息在信号传播的过程中由于传输信号而发生变化，当用户数目很多，多径传输的时候，求逆复杂度较高，难以满足实时检测的要求。32MMSE检测法MMSE检测法最早有XIE提出8,POOR在文献9中对它的误码率经行详尽的分析。MMSE检测法的基本思想是将线性多用户检测问题转变为一个线性估计问题，使第K个用户的比特于第K个线性变化的输出之间的均方差（MSE）最小。图15同步MMSE检测器的框图MMSE多用户检测法也存在一定的误码率。理论分析可知MMSE检测器用噪声项修正相关矩阵，在消
10、除MAI和不增加背景噪声的之间做了很好的平衡。当背景噪声趋于0时，MMSE算法就趋向于相关检测算法；而当背景噪声远大于MAI的时候，此法趋向传统检测算法。MMSE算法缺点在于首先必须对信号的幅度进行估计，另外它的性能和干扰用户的功率有很大的关系，所以在远近效应方面就不如解相关检测法。四多项式展开多用户检测技术解相关和MMSE的检测复杂度都随着用户数目的增加而线性增加，均需要对互相关矩阵求逆，当用户数目很多的，上述两种方法的计算复杂度还是很高的。为此MOSHAVI等人提出了多项式扩展检测法，即矩阵求逆多项式分解法，取多项式前几项代替整个矩阵，从而简化运算的复杂度。通过理论研究多项式扩展检测法具有
11、以下几个优点1不必计算R1,运算的复杂度大大降低2可以近似解相关和MMSE检测法3检测器结构相对简单4对长短码均适用五结束语针对现在对基于扩频通信的CDMA系统的多用户检测技术研究的逐渐升温，新的技术层出不穷，本文旨在介绍几种经典的，常用的多用户检测技术的原理，结构，以及优缺点。为进一步研究上述几种算法的性能并对其经行MATLAB仿真打下了一定的基础。六参考文献1钱小聪，郑宝玉CDMA系统中的多用户检测技术J，南京邮电学院学报（自然科学版）,20009，20（3）3741。2康晓非，韦惠民CDMA系统中的多用户检测算法的研究J,西安科技大学学报，20066，26（2）273275。3施晓妍多用
12、户检测技术的发展和现状J,山东通信技术，20059，25（3），69。4张颖CDMA通信系统中多用户检测技术的研究D,硕士论文，电信系，湖南大学，20064。5徐琦多用户检测在CDMA中的应用D，硕士论文，电信系，西北工业大学，20063。6文学CDMA系统中多用户检测技术的研究D，硕士论文，电信系，中山大学，20055。7樊昌信，徐炳详，张甫翎等通信原理M，第五版，北京国防工业出版社，20015，322347。8约翰G普罗克斯，马苏德萨勒赫，刘树棠（译）现代通信系统使用MATLABM西安交通大学出版社，200111，362390。9美DHANSELMAN,BLITTLEFIELD著，张航，黄
13、攀译精通MATLAB6M，北京清华大学出版社，2002180186。10杨大成现代移动通信中的先进技术M，北京机械工业出版社，20057，293299。11薛波MCCDMA系统多用户检测技术研究D，硕士论文，电信系，扬州大学，20065。12赵洁多载波CDMA关键技术的研究D,硕士论文，电信系，哈尔滨工业大学，200412。13VISHALPATELCAPACITYIMPROVEMENTWITHBASESTATIONANTENNAARRAYSINCELLULARCDMAEB/OLWWWHPUFLEDU/VPATEL14ANDERSHALLSTEN,DENISJACQUET,ROBERTSIEKKINEN,ETALMULTIUSERCDMACOMMUNICATIONSYSTEMD,PHDDISSERTATION,KUNGLTEKNISKAHSKOLAN,MAY27,2002
