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【前沿】多用户检测一览
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传统的CDMA接收机采用匹配滤波器的结构，但是这种结构的接收机没 有考虑到多址干扰的存在，因此系统容量始终无法提高。可以采用功 控的方法来平衡多址干扰，使彼此间的影响减少来提高系统容量，但 没有真正的去除多址干扰，只是暂时缓解。要想真正的消除干扰，大 副提高系统容量，必须通过多用户检测。 所谓多用户检测接收即将多址用户的信息共同用来更好的检测单个用 户的信号。传统检测器将多址干扰与信道白噪声都视为白噪声来处理； 而多用户检测则认为多址干扰与白噪声具有互不相同的统计特性，多 址干扰是可以估计并通过信号设计和相关技术措施降低的。 2．最优检测算法 CDMA的最优检测是最大似然检测。它是1986年最早由verdú提出的。 它是在所有用户的所有信息组合中选取最具有可能性的一组。其本 质是一个序列检测问题，即对接收信号序列的整体进行处理，采用 最大似然序列准则找出一个接收信号序列，使得给定输出序列的似 然函数最大。设计接收机时，需要计算所有用户（K）的所有可能 组合（2^k ），并选择与所接收信号差别最小的一种作为结果。以 上是在同步的条件下，如在非同步的条件下，复杂度会达到2^NK ， N为每个用户传送比特数。显然，最大似然检测的计算复杂度随着用 户数目的增加呈指数上升，不具有实用性。 3．次最优检测算法 CDMA的次最优检测主要有两种：线性多用户检测和减性干扰对消检测 1) 线性多用户检测 线性多用户检测主要有三种，解相关、最小均方误差检测器和多项式 扩展检测器。 解相关检测器的出发点是将多用户检测中的多址干扰等效为信道的产 生响应矩阵R，该矩阵只与各用户的扩频序列以及序列间的相对延时 有关。将传统检测器的输出通过一个信道传输矩阵的逆矩阵T=R^-1 ， 以等效的消除各个用户扩频序列间的相关性，从而达到干扰对消的目 的。这种接收机的优点是： 1.不需要估计接收幅度。需要幅度估计的检测器通常对于估计错误十 分敏感。 2.计算复杂度远远低于最大似然检测器。每比特检测的复杂度是用户 数的线性函数，除去计算求逆的代价。 3.在对抗远近效应方面得到最优值。 4.能够每次解相关一个比特。对于第k个比特，我们只需要用R^-1 的 第k行乘上匹配滤波器组的输出。 该检测器的缺点是： 1.这种检测器的缺点是它引起了噪声的增加。由R^-1* z表示的在输出端的 噪声的每比特功率总是大于或等于传统相关检测器的输出。 2.解相关检测器更大的缺点是需要计算矩阵R的逆，这是很难实时实现 的。同步系统中这个问题可稍微简化,我们可以每次解相关一个比特。 换句话说，我们能实现K*K矩阵的求逆。然而对于非同步系统，R的规 模是NK，对于一个典型讯息长度N，计算量太大了。 最小均方误差（MMSE）检测器是在解相关的基础上发展而来。它是一 种将背景噪声考虑在内并使用接收信号功率信息的线性检测器。这种 检测器使传统检测器的输出和实际的数据间的均方误差最小。此时 T=[R+(N0/2)A]^-1 ，A是接收信号幅度矩阵。可见，这种MMSE检测器 部分实现或修正了相关矩阵的逆。这种模拟直接考虑了部分的背景噪 声；噪声级越高，不完全的R逆可以使噪声的增加对于性能的影响降 低。MMSE检测器可以平衡完全消除MAI和不增加背景噪声的矛盾。这 种检测器的重要不足是需要接收幅度的估计。另一个不足是它的性能 还依赖于干扰用户的功率。所以它与解相关检测器相比对于远近效应 的抑制会有一些损失。 多项式扩展（PE）检测器对匹配滤波器的输出使用R的多项式扩展。 这种检测器中T=w1*R^1+w2*R^2... ，利用权重wi,i=0,1,…Ns能够 用来优化某些性能。多项式扩展检测器有许多值得注意的特点： 1.能近似解相关和MMSE检测器。它可以获得这两种检测器的优点， 如我们前面所讨论的。 2.计算复杂度低。在近似解相关（或MMSE）检测器时，矩阵R和它的 逆都不必显性的计算。任何事情都可以通过使用类似于DSP芯片的硬 件在线实现。 3.不需要估计接收幅度（或相位）。这个重要的特点对于解相关适 用，当PE检测器近似解相关时也具备。（如果PE检测器近似MMSE检 测器，则必须进行幅度估计）。 4.使用不同的权重可以适用于众多不同参量的系统。在PE检测器中 使用附加的级可以使预先计算好的权值具备应用于不同系统的更大 的灵活性。这就减少了为了适应不同的操作环境进行的权值的改变。 5.结构相对简单。系统使用了与传统检测器相同的部分。系统原件 的数量随着用户数和级数的增加呈线性。正如我们在下一部分将看 到的，这种结构非常近似于并行干扰对消检测器结构。那种结构中， 每一级都有一个部分和的调制，和矩阵Q的解调。 2)干扰对消检测器 干扰对消检测器常用的有两种:串行干扰对消和并行干扰对消。 串行干扰对消(SIC)检测器首先根据接收到的各用户信号功率进行 排序，然后按功率从高到低的次序对各个用户进行对消和估计，即先 解调出最强信号功率的用户，然后从总的接收信号中减去此用户的信 号，每个用户只对消一次。这种方法结构简单，计算复杂度下降，解 调出来的信号相对比较准确。但是加大了延时，并且一旦用户的信号 功率发生变化，还要重新排序。 并行干扰对消（PIC）检测器并行估计并减去所有用户的MAI干扰。这 种检测器的第一级如下图所示，假设是硬判决。最开始的比特估计是 di^(0),从匹配滤波检测器得到，默认是第0级。这些比特按幅度估计 衡量并用扩频码重新扩频，对于每一个接收信号产生一个延时的估计 Sk^(t-Tb)。这个部分和将除去该用户信号的所有信号相加，产生了 对于每一个用户MAI的完整估计。这个过程可以多级重复，每一级将 前级的估计作为输入产生一组新的输出估计。 多级的并行干扰对消检测器具有很好的抗远近效应能力，尤其是 当接收的各用户信号功率相差较大时，它对弱信号用户的检测性能 有更大改善。但是它的性能受限于对初始数据比特和各个用户信号 功率的估计。 多种改进PIC检测器的方法已提出。最近研究表明PIC是最有力的 干扰对消检测器，有待进一步研究。 [ Last edited by 幻影无痕 on 2006-11-25 at 07:33 ] |
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