l　引　　言

　　第三代移动通信系统(3G)是指国际电信联盟(ITU)正在组织进行研究的，未来公用陆地移动通信系统即FPLMTS，1996年更名为IMT—2000。第三代移动通信系统采用直序扩频码分多址(DS/CDMA)方式。相比于传统的FDMA、TDMA系统，CDMA系统具有频谱效率高、软容量、保密性好、易于无缝切换和宏分集等优点。在CDMA系统中，由于多个用户的随机接入，所使用的扩频码集一般并非严格正交，非零互相关系数会引起各用户间的相互干扰既多址干扰(MAI)，在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。在CDMA系统中随着同时接入系统的用户数的增加，多址干扰的功率也在增加，致使误码性能下降，因此系统的容量将受到限制。
　　多址干扰的抑制，可以通过选择互相关好的扩频码，结合功率控制、纠错编码等进行。目前商用的CDMA通信系统中主要采用功率控制技术来处理多址干扰问题，使彼此间影响减小来提高系统容量，但功率控制的方法并没有从接收信号中真正去除多址干扰。只能暂时缓解这种矛盾，不能从根本上解决问题；另一方面，由于信号在移动通信信道中呈现瑞利衰落，功率控制系统无法补偿由快衰落引起的信号功率变化，特别是当移动台速度很快时，功率控制技术会失效。而多用户检测认为多址干扰与白噪声具有互不相同的统计特性，MAI是可估计、可再生、可去除的；它通过挖掘有关干扰用户的信息来消除多址干扰，进而提高信号检测的稳定性，不再象传统检测器那样忽略系统中其他用户的存在。

2　多用户检测技术

　　1979年K.Schneider提出多用户检测(MultipleUser Detection，MUD)的概念以来，经过20余年的发展，特别是1986年Verdu提出最佳多用户检测算法以后，多用户检测技术成为无线通信领域最重要的学术研究热点之一。CDMA系统中多用户检测的定义；联合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其它用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或某些用户的信息的一种信号检测方法。最佳多用户检测器就是最大似然序列估计(MLSE)检测器，该检测器将产生最大似然序列b，依据从接收信号r(t)中找出发送的序列b，使得b的概率最大化。在DS/CDMA系统中MLSE检测器可以用Vitezbi算法。虽然最佳检测器有极好的性能，但算法的复杂度太高，实现困难。随后，人们又提出了大量次最佳多用户检测器方案，主要分线性多用户检测器和非线性多用户检测器两大类。其中线性多用户检测器主要包括:传统信号检测器、解相关多用户检测器(DECMUD)、最小均方误差检测器(MMSEMUD)等；非线性多用户检测器主要包括:多级多用户检测器、判决反馈检测器、相减干扰抵消检测器等。

3　CDMA通信系统中传统的检测技术

　　首先我们将CDMA通信系统进行简化，设有K个用户，采用直接序列扩频，信道为单路径同步信道，则接收信号的基带表示为：

 

　　CDMA通信系统中传统的检测器是由K个相关器组成的，相关检测器可以由匹配滤波器代替，所以又称为匹配滤波检测器。CDMA工作原理的核心在于伪随机码(PseudoNoiseCode，PN码)的相关性，用公式表示为：

 

　　如果i≠k，0≤ρ_I,K<1为互相关系数值，i=k，ρ_I,K=1为自相关系数值，所以第k个用户的相关器输出是：

 

　　在讨论多用户检测中，引入矩阵向量描述检测器的输出是极为方便的，我们先给出简化系统的矩阵表示：设为三用户同步系统，则由(3)式可知，每个用户每个比特的输出为：

 

　　传统检测器没有考虑MAI_K的影响，当干扰用户数量增加时MAI_K也增加，尤其是当存在远近效应时，目标用户较弱的信号(表示为Akd_K)可能会被其他用户较强的信号(MAI_K)淹没。传统检测器直接对相关器输出的充分统汁量式(5)在T_b时刻进行判决，可得到接收机恢复出的信息矢量为：

b=sgn[y]=sgn[RPb+z]　　　　　　　(6)

　　对于用户k，传统检测器的误比特率(BER)可推导如下：

 

4　解相关多用户检测器（DECMUD）

　　解相关检测器将其它用户的影响用相关矩阵R表示，它只与各用户的扩频序列和序列间的相关延迟有关。式（5）中矩阵P是对角矩阵，取P_k,k等于第k个用户的信道衰减系数c_k。由式（5）可以求得b。如果z等于零矢量，得到一个线性系统y=RPb，通过R求逆可以得到解。对于非零的噪声矢量z，对R求逆仍是有效的。由式（5）可得到线性变换后检测器的输出为：
　　b_dec=R^-1y=Pb+R^-1z
　　　　=Pb+z_dec(8)
　　此时，b_dec为新的统计矢量，z_dec为变换的高斯噪声分量，其自相关阵为σ²R^-1，即z_deck的噪声功率为σ²R_kk^-1它总是大于加性高斯白噪声（AWGN）通过匹配滤波器后的输出噪声功率σ²。式（8）表明的即是调解出的数据项和噪声项，由此可以看出解相关检测器完全消除了MAI。对b_dec进行检测判决，可得接收机恢复信息矢量：

 

　　由式（10）可见，解相关检测器的性能随用户扩频码间互相关值的增加而下降。解相关检测器不需要已知用户信号的功率，其性能与多址干扰的功率无关，仅要求扩频码同步，这也是解扩所必需的。解相关检测器的这个特性，非常适合于抗“远—近效应。”

5　最小均方误差检测器(Minimum Mean-squard Error Detector,MMSE检测器）

　　MMSE检测器在解调用户信号（去除MAI）和不增强背景噪声之间作出平衡，它考虑了背景噪声并利用了接收信号的功率值，其基本思想是使实际数据和传统检测器的软输出之间的均方差最小，估计量b=Ly；其中K×K线性变换矩阵为：L=（R+σ²R^-1)^-1。可以看出MMSE结合了解相关检测器和传梧的特性，当MAI较强，噪声分量较弱时，K×K变换矩阵L变为R^-1，最小均方误差检测器变为解相关检测器；而当噪声分量远强于多址干扰时，K×K线性变换矩阵退化为传统的单用户检测器。即对相关矩阵进行的是部份或修正取逆，修正的大小与背景噪声的大小成反比，噪声越大，相关矩阵的不完全取逆越重，这样就避免了加强噪声。
　　y=RPb+z作线性变换x=Ly，得到x=LRPb+Lz，其LZ中为有色高斯噪声矢量，取x作为判决变量，可得接收机恢复信息矢量。
　　第k个用户的误比特率可推导如下：

 

6　几种检测器的性能比较

　　式（7），（10），（11）得出了传统检测器、解相关检测器和最小均方误差检测器的误比特性能。为了便于比较，以两用户DS-CDMA系统为例，取归一化互相关阵为：

 

　　在相同条件下可得出传统检测器、解相关检测器和最小均方误差检测器的性能，如图1所示。

 

　　从上面可以看出，在相同条件下，MMSE检测器的误比特率均小于传统检测器和解相关检测器的误比特率。通过分析还可知道互相关系数越大，MMSE检测器的性能改善越大。

7　总　　结

　　在本文中，介绍了三种线性多用户检测器原理，给出了它们的误比特率和抗“远—近效应”的性能分析。多用户检测技术可以大大提高第三代移动通信系统的容量和性能，但目前还处于研究阶段。近年来，引入了许多新算法，对多用户检测技术进行引进。同时，考虑与其它抗干扰技术相结合，如：将智能天线技术引入多用户检测，实现码分和空分的有力结合。

 

　　多用户检测技术也有其局限性。首先多用户检测不能够消除其它小区的MAI干扰对本小区的影响。其次因为条件限制，多用户检测技术不能直接用于下行链路的接收，但是其设计思想对于移动台的抗干扰研究是可以借鉴的。
　　针对以上多用户检测技术的局限性，人们提出了半盲和盲检测技术。所谓半盲检测就是干扰用户特征序列部分己知部分未知条件下的检测，适用于小区基站；所谓盲检测就是不知道所有干扰用户特征序列条件下的检测，适用于移动台。两者的主要思想都是通过子空间跟踪技术获得信号子空间并利用它来消除未知用户造成的干扰。

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