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时间:2018-12-01
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1、3G系统多用户检测技术研究摘要:多址干扰(MAD是影响码分多址(CDMA)系统容量的主要因素。相对于传统的检测技术而言,多用户检测(MUD)技术可有效消除MAI的影响,提高系统容量。主要分析MUD技术在3G中应用的必要性,介绍MUD技术的发展状况、基本思路和MUD接收机结构,并对其研究前景进行展望。 关键词:3G;码分多址;多址干扰;多用户检测 我们知道,在目前可实现性的前提下,对比FDMA、TDMA及CDMA三种多址技术,CDMA具有很多的优点。CDMA系统中采用多用户检测技术的优点主要表现在以下几个方面: (1)提高CDMA的系统容量,增加用户数。用户数的
2、增加,意味着更高的无线频谱效率。 (2)降低CDMA用户设备(UE)的发射功率,提高UE的待机及通话时间。另一方面,表现为降低了UE射频部分的成本及故障率。 (3)减小射频辐射对用户的生理及心理影响,移动通信设备对环境的影响更绿色化。 (4)增加通信距离,增大基站的覆盖面积,降低了基站综合成本。 1 3G中应用多用户检测(MUD)的应用 在3G中,码分多址(CDMA)接入方式的不足之处在于它是一个白干扰系统,其容量和性能主要会受其他用户的干扰,即多址干扰(MAD的限制。同时,它还存在远近效应的问题,由于各用户到基站的距离或衰落深度不同,强信号将抑制弱信
3、号,使相对较弱的用户信号得不到正常检测。目前,CDMA系统缓解MAI的主要手段是采用严格的功率控制技术。这种技术只能在一定程度上控制远近效应,却不能从根本上消除MAI影响,因而对系统容量的提高很有限。 在CDMA系统中,多用户检测(MUD)是最新发展起来的用以消除多址干扰的技术,又称为联合检测或干扰抑制方法。它对各用户做联合检测或从接收信号中减掉相互干扰,有效消除多址干扰和码间串扰,以缓解远近效应问题,明显改善系统性能,提高CDMA系统容量。MUD技术可有效解决3G中的系统容量问题,因此它已成为3G的关键技术之一,愈来愈受术界和产业界的重视,得到人们的广泛关注。
4、 2 MUD的发展历史 MUD理论研究源于80年代初。早在1979年,Schneider就提出了将多个用户的码元和定时信息联合起来,用于检测每个用户信息的MUD思想,并研究了迫零算法。随后,Kashihara和Kohno又提出了多址干扰消除接收机,Schneider和Kohno还给了异步多用户通信中使用维持比(Viterbi)算法的最优接收机。 MUD技术真正引起广大研究者的关注则得益于Verdu的工作。1986年,他提出以匹配滤波器加维特比算法来实现最大似然序列检测(MLSD),适用于受ISI影响的信道。这种算法的复杂度仍是用户数的指数幂级(2k),而且MLS
5、检测器需要知道接收信号的幅度和相位,过于复杂。但这为进一步研究奠定了理论基础,促使人们去寻找比传统检测器优越的各种次优多用户检测器。 目前已提出的多种MUD方法可从不同角度进行分类:按处理方法可分为线性和非线性两大类;按检测器处理信息时需要知道期望用户信息量的多少,又可分为盲和非盲多用户检测器。线性多用户检测器包括解相关检测、最小均方误差检测等;非线性检测主要包括并行(或串行)干扰抵消算法、多级检测和非线性类概率检测等。3 MUD的基本思路 在CDMA系统中,小区干扰分以下三种:接收机收到的热噪声、用户信号的码问干扰(ISI)和多址干扰(MAD。这三种干扰各有不
6、同的消除方法。在实际系统中,热噪声的影响远远小于MAI干扰的影响。在通常使用的无线通信系统中,均通过限制接收机噪声系数的方法来确定接收机的灵敏度。ISI的形成原因有两种:(1)信号传输时未满足Nyquist第一准则,在抽样时刻存在失真,可采用升余弦滤波器等方法来避免;(2)由元线信道的多径等特性造成,这种干扰是无法避免的,可通过均衡等办法消除。 在用户接收机完全同步并采用理想正交扩频地址码的条件下,备用户之间不会产生多用户干扰。但在多径衰落信道中,理想的完全同步难以实现。因此扩频码也难以保持完全的正交性。理论上已证明,同时具有理想自相关和理想互相关特性的二进制扩频码是
7、不存在的,这就是著名的A通信系统中,各用户信号之问存在一定的相关性,这就是MAI存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小,但随着用户数增加或信号功率增大,MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰,限制系统的容量和性能。MAl分小区间干扰和小区内干扰两部分。小区间干扰是指其它同频小区信号造成的干扰,可通过合理的小区配置来减小其影响。即使在最恶劣的情况下,小区间干扰功率也不超过内部干扰功率的60%,因此系统容量主要了决于对小区内干扰的处理。 传统的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区配处理,而对MA
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