1、毕业设计开题报告通信工程CDMA扩频通信系统中多用户检测技术的研究一、选题的背景与意义近十几年移动通信的发展速度非常迅猛，移动通信的技术的发展速度和趋势达到了让人瞠目的境界。在信息化的时代公众对信息的需求越来越大,人们对通信业务和通信手段的要求趋向了更高层次。从20世纪80年代中期开始，数字移动通信系统进入发展和成熟期时期。由于模拟蜂窝网的容量己经不能满足移动用户庞大数量日益增长的需求，于是出现了第二代移动通信系统。此后，用户对通信业务范围和业务速率的要求也在一步步地不断提升，现有的第二代移动通信网（主要GSM）很难满足新的业务需求。第三代3G移动通信系统就随着市场应运而生了。CDMA（码分多
2、址）技术作为第三代移动通信最重要的技术，它的发展越来越受到人们的关注。CDMA系统是一种成熟的无线通信系统，具有抗干扰、频带利用率高、保密性好、可多址复用等优点。在CDMA系统中，通过给每个用户分配特定的扩频码来区分用户信号，实现多址接入。但是，多径衰落环境下的CDMA系统中，多个用户随机接入以及各个用户扩频码间的互相关性，使得各用户的扩频码不能完全正交，于是由此引起了系统中的多址干扰（MAI）。多址干扰的存在会严重影响CDMA系统的性能和容量，因此，怎么样去抑制多址干扰，增加系统容量，改善系统的性能，变得十分迫切。近年来国内外学者们对抑制多址干扰技术的研究发展迅速，其中主要包括智能天线、扩频
3、码的设计、功率控制与多用户检测等几种措施。这些技术都能在一定程度上能够增加CDMA系统容量，改善系统性能，有的己经应用于实际系统中，而大多数仍处于研究阶段。各种多用户检测算法的提出，就是为了达到系统的容量的上限即各用户实际上的信息传输速率总和受系统所用带宽的限制。为了能够使系统的容量更加逼近容量上限消除MAI，在近十年内许多学者提出了许多不同种类的多用户检测方案与技术。多用户检测与单用户检测的主要不同是它可以利用扩频信号的特点抑制或消除MAI，目前总体来说多用户检测技术按性能可以分为最佳多用户检测，次最佳多用户检测；按结构分有线性和非线性；线性又可以分为相关检测和最小均方差检测。在这种背景下，
4、本课题针对CDMA扩频通信系统中的多址干扰去除的算法进行一定的研究，主要是对一些比较经典的算法进行仿真和进行一些算法改进和对用户检测器的研究并与传统单用户检测相比较，得出多用户检测技术的性能总结与评估。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题在传统的CDMA接收机中各个用户的接收是相互独立进行的。在多径衰落环境下。由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交。因而造成多个用户之间的相互干扰并限制系统容量的提高。这就需要使用多用户检测技术。多用户检测的基本思想就是把所有用户的信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理。这样就可以充分利用各用户信号的用户码、幅度、定时和延迟等信息，从而大幅度地降低多径多址
5、干扰。如何把多用户干扰报销算法的复杂度降低到可接受的程度则是多用户检测技术能否实用的关键。传统单用户检测器（CSD）传统的单用户检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理，其接收端用一个和发送地址码（波形）相匹配的匹配滤波器（相关器）来实现信号分离，在相关器后直接解调判决。如果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，实现了利用多径响应的作用。这种方法只有在理想正交的情况下，才能完全消除多址干扰的影响，对于非理想正交的情况，必然会产生多址干扰，从而引起误码率的提高。线性多用户检测器（LMD）由LUPAS和VERDU提议的解相关器又称为零驱
6、动检测器这种检测器是将多用户通信环境的多址干扰等效为一个信道的传输响应矩阵，即码字之间的相关矩阵R，该矩阵仅与各用户的扩频序列以及序列间的相对时延有关。得到信道传输的逆矩阵T，就可以将多用户信号经过K个匹配滤波器的输出，再通过此逆矩阵进行求逆运算，以等效地消除各用户扩频序列间的相关性，从而达到消除多址干扰的目的。最佳多用户检测器（OMD）是一种最大似然序列检测器（MLSD）。MLSD需要计算2的NK次方个矢量的似然函数（N为数据长度，K为用户数），采用维特比算法后，运算的复杂度按2的K次方增长。本课题主要研究CDMA扩频通信系统中多用户检测技术的最佳多用户检测（OMD），线性多用户检测（LMD
7、），并与传统的单用户检测技术（CSD）对比，分析三者的渐进稳定性，建立模型，用MATLAB经行算法仿真，验证和分析其消除多址干扰的有效性并分析其性能上的优缺点，提出一定可行性改进方案。拟解决的主要问题是对基于扩频调制的CDMA系统中传统单用户和多用户检测技术的原理模型经行仿真研究，分析性能。1最关键的问题是传输信道和多用户检测的模型的算法实现，以及性能评估。实现模拟了一个小区内多个用户的码元发送，扩频，接收，解扩，判决的CDMA通信基本过程。分析比较了传统单用户检测、线性解相关多用户检测和最小均方误差多用检测之间的误码率性能，测试误码率随信噪比变化情况（考虑远近效应）。三、研究的方法与技术路线
8、一首先学习掌握CDMA扩频通信系统的基本构成与原理，了解系统中各参数意义；学习CDMA系统中多用户检测的主要算法，重点分析最优多用户检测法；二根据基于扩频调制的CDMA系统原理和CSD（传统单用户检测）LMD，OMD两种多用户检测的算法画出在CDMA扩频系统中多用户检测器的各模块模型图以及MATLAB中各算法代码的实现。三使用MATLAB编程，选定合适的参数仿真各个模块,并对系统性能做出评估，画出不同信噪比下的系统误码率，并作图比较。功率控制下的加性高斯白噪声信道的容量图以及在远近场景下的性能。四对仿真研究结果提出总结性意见，总结各算法的优缺点。如果能力允许对几种算法提出可行性改进建议。四、研
9、究的总体安排与进度201011201012资料收集,阅读理解，及时消化，完成开题报告,201012201101收集资料提交文献综述和文献翻译，设计相应模型。201102201103毕业实习,完成实习日记,实习报告，编写程序，调试程序，完成理论验证及实测数据验证。201103201104编写界面，毕业论文撰写,修改,定稿之后毕业答辩。五、主要参考文献1朱近康，CDMA通信技术，北京人民邮电出版社,2001年8285页2王庆扬，张青，韦刚，CDMA移动通信系统的多用户检测技术，移动通信，2000（2）3樊昌信，徐炳祥，詹道庸，吴成柯。通信原理。北京国防工业出版社1992272275页4查光明，熊贤
10、祚，扩频通信，西安西安电子科技大学出版社，19992834页，3741页5常永宏。第三代移动通信技术。北京。人民邮电出版社，20026蒋志凯，数字滤波与卡尔曼滤波，北京中国科学技术出版社,19937RKOHNOETALCOMBINATIONOFANADAPTIVEARRAYANTENNAANDACANCELLEROFINTERFERENCEFORDIRECTSEQUENCESPREADSPECTRUMMULTIPLEACCESSSYSTEMIEEEJSELECTAREASCOMMUN1990（8）641649P8MKVARANASIANDBAAZHANGNEAROPTIMUMDETECTION
11、INSYNCHRONOUSCODEDIVISIONMULTIPLEACCESSSYSTEMSIEESTRANSCOMMUNCOM1991,39（5）725736P9吴伟陵编著移动通信中的关键技术北京邮电大学出版社，200010VERDUSMULTIUSERDETECTIONCADVANCESINSTATISTICALSIGNALPROCESSING，JAIPRESSINC，1993，236946911VERDUSMINIMUMPROBABILITYOFERRORFORASYNCHRONOUSGAUSSIANMULTIPLEACCESSCHANNELSJIEEETRANSACTIONSONINFORMATIONTHEORY，1986，IT32859612张贤达，保铮。通信信号处理，北京国防工业出版社，200013JOHNGPROAKIS，MASOUNDSALEHI,现代通信使用MATLAB，刘树棠，西安交通大学出版社，2001366页，377376页14JOHNGPROAKIS。数字通信。张力军，张宗橙，郑宝玉，第三版，北京电子工业出版社，2001484499页，508510页
