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３Ｇ系統多用戶(hù)檢測技術(shù)研究
我們知道，在目前可實(shí)現性的前提下，對比FDMA、TDMA及CDMA三種多址技術(shù)，CDMA具有很多的優(yōu)點(diǎn)。CDMA系統中采用多用戶(hù)檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面：
(1)提高CDMA的系統容量，增加用戶(hù)數。用戶(hù)數的增加，意味著(zhù)更高的無(wú)線(xiàn)頻譜效率。
(2)降低CDMA用戶(hù)設備(UE)的發(fā)射功率，提高UE的待機及通話(huà)時(shí)間。另一方面，表現為降低了UE射頻部分的成本及故障率。
(3)減小射頻輻射對用戶(hù)的生理及心理影響，移動(dòng)通信設備對環(huán)境的影響更綠色化。
(4)增加通信距離，增大基站的覆蓋面積，降低了基站綜合成本。
1 3G中應用多用戶(hù)檢測(MUD)的應用
在3G中，碼分多址(CDMA)接入方式的不足之處在于它是一個(gè)白干擾系統，其容量和性能主要會(huì )受其他用戶(hù)的干擾，即多址干擾(MAD的限制。同時(shí)，它還存在遠近效應的問(wèn)題，由于各用戶(hù)到基站的距離或衰落深度不同，強信號將抑制弱信號，使相對較弱的用戶(hù)信號得不到正常檢測。目前，CDMA系統緩解MAI的主要手段是采用嚴格的功率控制技術(shù)。這種技術(shù)只能在一定程度上控制遠近效應，卻不能從根本上消除MAI影響，因而對系統容量的提高很有限。
在CDMA系統中，多用戶(hù)檢測(MUD)是最新發(fā)展起來(lái)的用以消除多址干擾的技術(shù)，又稱(chēng)為聯(lián)合檢測或干擾抑制方法。它對各用戶(hù)做聯(lián)合檢測或從接收信號中減掉相互干擾，有效消除多址干擾和碼間串擾，以緩解遠近效應問(wèn)題，明顯改善系統性能，提高CDMA系統容量。MUD技術(shù)可有效解決3G中的系統容量問(wèn)題，因此它已成為3G的關(guān)鍵技術(shù)之一，愈來(lái)愈受術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視，得到人們的廣泛關(guān)注。
2 MUD的發(fā)展歷史
MUD理論研究源于80年代初。早在1979年，Schneider就提出了將多個(gè)用戶(hù)的碼元和定時(shí)信息聯(lián)合起來(lái)，用于檢測每個(gè)用戶(hù)信息的MUD思想，并研究了迫零算法。隨后，Kashihara和Kohno又提出了多址干擾消除接收機，Schneider和Kohno還給了異步多用戶(hù)通信中使用維持比(Viterbi)算法的最優(yōu)接收機。
MUD技術(shù)真正引起廣大研究者的關(guān)注則得益于Verdu的工作。1986年，他提出以匹配濾波器加維特比算法來(lái)實(shí)現最大似然序列檢測(MLSD)，適用于受ISI影響的信道。這種算法的復雜度仍是用戶(hù)數的指數冪級(2k)，而且MLS檢測器需要知道接收信號的幅度和相位，過(guò)于復雜。但這為進(jìn)一步研究奠定了理論基礎，促使人們去尋找比傳統檢測器優(yōu)越的各種次優(yōu)多用戶(hù)檢測器。
目前已提出的多種MUD方法可從不同角度進(jìn)行分類(lèi)：按處理方法可分為線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)纱箢?lèi)；按檢測器處理信息時(shí)需要知道期望用戶(hù)信息量的多少，又可分為盲和非盲多用戶(hù)檢測器。線(xiàn)性多用戶(hù)檢測器包括解相關(guān)檢測、最小均方誤差檢測等；非線(xiàn)性檢測主要包括并行(或串行)干擾抵消算法、多級檢測和非線(xiàn)性類(lèi)概率檢測等。
3 MUD的基本思路
在CDMA系統中，小區干擾分以下三種：接收機收到的熱噪聲、用戶(hù)信號的碼問(wèn)干擾(ISI)和多址干擾(MAD。這三種干擾各有不同的消除方法。在實(shí)際系統中，熱噪聲的影響遠遠小于MAI干擾的影響。在通常使用的無(wú)線(xiàn)通信系統中，均通過(guò)限制接收機噪聲系數的方法來(lái)確定接收機的靈敏度。ISI的形成原因有兩種：(1)信號傳輸時(shí)未滿(mǎn)足Nyquist第一準則，在抽樣時(shí)刻存在失真，可采用升余弦濾波器等方法來(lái)避免；(2)由元線(xiàn)信道的多徑等特性造成，這種干擾是無(wú)法避免的，可通過(guò)均衡等辦法消除。
在用戶(hù)接收機完全同步并采用理想正交擴頻地址碼的條件下，備用戶(hù)之間不會(huì )產(chǎn)生多用戶(hù)干擾。但在多徑衰落信道中，理想的完全同步難以實(shí)現。因此擴頻碼也難以保持完全的正交性。理論上已證明，同時(shí)具有理想自相關(guān)和理想互相關(guān)特性的二進(jìn)制擴頻碼是不存在的，這就是著(zhù)名的Welch界。在實(shí)際CDMA通信系統中，各用戶(hù)信號之問(wèn)存在一定的相關(guān)性，這就是MAI存在的根源。由個(gè)別用戶(hù)產(chǎn)生的MAI固然很小，但隨著(zhù)用戶(hù)數增加或信號功率增大，MAI就成為寬帶CDMA通信系統的一個(gè)主要干擾，限制系統的容量和性能。MAl分小區間干擾和小區內干擾兩部分。小區間干擾是指其它同頻小區信號造成的干擾，可通過(guò)合理的小區配置來(lái)減小其影響。即使在最?lèi)毫拥那闆r下，小區間干擾功率也不超過(guò)內部干擾功率的60％，因此系統容量主要了決于對小區內干擾的處理。
傳統的檢測技術(shù)完全按照經(jīng)典直接序列擴頻理論，對每個(gè)用戶(hù)的信號分別進(jìn)行擴頻碼區配處理，而對MAI不作處理，僅通過(guò)擴頻碼波形的設計、功率控制、FEC編碼、扇形/自適應天線(xiàn)的方法來(lái)降低其影響，因此抗MAI干擾能力較差。應用MUD技術(shù)可降低系統對遠近效應的敏感度，簡(jiǎn)化功率控制系統的設計，更有效利用上行鏈路頻譜資源，從而提高系統的用戶(hù)容量和性能。在理想的MUD系統中，小區的MAI將會(huì )完全消除，檢測后對應的最大系統容量增益的典型值為2.8倍。
4 MUD接收機的一般結構
線(xiàn)性MUD的基本結構是在匹配濾波器后加一個(gè)線(xiàn)性變換矩陣T，以去除MAI的影響，不同的線(xiàn)性多用戶(hù)檢測器采用不同的線(xiàn)性變換矩陣T進(jìn)行聯(lián)合檢測。線(xiàn)性MUD的通病在于需要進(jìn)行矩陣求逆，這也是工程實(shí)現中的瓶頸所在。
非線(xiàn)性MUD引用非線(xiàn)性函數來(lái)消除MAI，它們利用接收機對干擾用戶(hù)信號的判決結果來(lái)解調期望用戶(hù)的信號。在理想研究上，非線(xiàn)性MUD由于沒(méi)有系統的數字描述和分析工具，故分析不夠成熟；但它利用干擾消除等方法，避開(kāi)了互相關(guān)矩陣計算，比線(xiàn)性多用戶(hù)檢測器易于實(shí)現。因此在性能和復雜性的折衷方面，非線(xiàn)性MUD似乎優(yōu)于現有的線(xiàn)性MUD。
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