干擾抵消多用戶檢測

摘要：在CDMA（碼分多址）系統中由于多址干擾（MAI）的存在，使得CDMA系統成為一個干擾受限系統，而多用戶檢測（MUD）已經成為解決這一問題的一種有效途徑。本文從多址干擾（MAI）入手重點闡述了DS-CDMA的多用戶檢測的基本原理，通過分析多址干擾的產生的原因，本文紹了兩種基于干擾抵消的多用戶檢測。最后仿真了這兩種多用戶檢測對于消除多址干擾的效果。

關鍵詞：碼分多址；多址干擾；干擾抵消多用戶檢測

1 引言

CDMA通信系統與傳統的移動通信相比具有軟切換、軟容量、保密性好等優點。但由于在CDMA系統中，為了區別用戶，給每個用戶分配了不同擴頻碼，這些擴頻碼占據相同的帶寬，由于各個用戶是隨機接入系統的，用戶的擴頻碼不能保證完全正交，從而產生了多址干擾(MAI: Multiple Access Interference)。這時CDMA系統就成為一個干擾受限系統，所以解決多址干擾問題就成為CDMA研究的一個熱門話題。

多用戶檢測（MultiUser Detection）是現階段最新發展起來用于解決多址干擾問題的技術?，F階段CDMA系統的多用戶檢測技術主要是根據CDMA系統的基本原理對用戶的信號進行擴頻碼的匹配來消除多址干擾，因此抗多址干擾的能力較差，另外可以通過功率控制來消除多址干擾，但功率控制技術只能部分的減小多址干擾的影響，并不能從完全的消除它對通信的影響。而現在所研究的多用戶檢測技術，充分考慮到所有的用戶信息，從而具有更好的抗干擾能力。

2 多用戶檢測原理

假設有K個用戶的同步DS-CDMA系統，發送的信號為：

其中Ak(t)為第k個用戶的信號幅度，bk(t)?綴{-1，1}為第k個用戶的數據信息，sk(t)為第k個用戶的擴頻信號。

在加性高斯白噪聲的信道中傳輸，接收到的信號為：

其中n（t）表示功率譜密度為1的加性高斯白噪聲，?啄為噪聲方差。

在接收端如圖1所示，首先讓接收的信號通過匹配濾波器，每個濾波器與一個某一個用戶的擴頻碼波形匹配，則對于第一個濾波器輸出為

其中?籽k1為第K個用戶和第一個用戶擴頻碼片波形的互相關。

然后對濾波器的輸出進行多用戶檢測處理，最后讓信號經過判決器，判決器的輸出就是我們所需要的用戶信息。

上式我們可以用向量的形式表示：y=Rab+n

3 多用戶檢測的分類

多用戶檢測通過多年的發展，各種不同的多用戶檢測機相繼被提出來，不同檢測機的性能及容量增益都有所不同，現在多用戶檢測技術主要分為最優多用戶檢測和次優檢測。如圖2所示。

4 干擾抵消多用戶檢測

干擾抵消多用戶檢測主要包括串行干擾抵消多用戶檢測和并行干擾抵消多用戶檢測。它是通過在接收端對接收信號進行初步判斷后，利用這個值估計出這個用戶對其它用戶的多址干擾，從而從其它用戶接收到的信號中減去該用戶的多址干擾所造成的影響，最后進行檢測。干擾抵消多用戶檢測屬于非線性多用戶檢測，所以造成它在研究方面困難，不過這種檢測方法的性能和復雜度都好于線性多用戶檢測方法，因此具有很好的前景。

4.1 串行干擾抵消（SIC）多用戶檢測

串行干擾抵消器(Successive Interference Cancellation， SIC)由多級組成，一級對一個用戶序列信號進行判決、再造、消除，以給下面的各級減輕多址干擾，各用戶的操作順序是根據信號功率的下降順序來確定的。首先是根據接收到的信號按照各用戶信號的強度進行由強到弱的排序，接著用傳統檢測器測出最強功率用戶的數據信息并重構這個信號對其他用戶的干擾（這樣考慮是因為用戶功率大傳統檢測的準確率就高，從而可以得到最佳的性能），從總的接收信號中減去這個干擾信號，并依次按此方法進行，直到檢測出最后一個用戶的信息。

4.2 并行干擾抵消（PIC）多用戶檢測

為了克服SIC多用戶檢測時延大的缺點，Divalar和Simon提出了并行干擾抵消器(Parallel Interference Cancellation， PIC)，它是利用接收信號的初始(或前級)判決值，構造所有用戶的干擾信號，然后再同時并行從接收信號中抵消掉所有用戶的干擾。它對所有用戶進行同樣的操作。為了提高對多用戶干擾抵消能力，往往需要進行多級檢測，即用同樣的方法進行多次，將這種對于所有用戶進行分階段的迭代運算，以提高抗多址和抗遠近效應的能力。這實際上是將并行干擾抵消與串行干擾抵消相結合的方案。這種方法是把除期望用戶以外的所有其他用戶信息當作是對該信號的多址干擾，這樣我們就可以從總的接收信號中直接減去對期望用戶信號構成多址干擾的估計值，最后就可以對期望用戶的信息進行判決。在數據比特都正確，且幅度、時延均估計正確的情況下，PIC多用戶檢測完全可以消除多址的影響。但是PIC多戶檢測對初始比特非常敏感。

5 仿真結果及分析

圖3給出了PIC多用戶檢測和SIC多用戶檢測隨信噪比改變時的誤碼率曲線圖。從圖中我們可以看到SIC多用戶檢測的性能優于PIC多用戶檢測的性能。這是因為在PIC多用戶檢測中，SIC多用戶檢測功率較低的用戶收到的干擾要比相同用戶在并行干擾抵消中受到的干擾小，因此SIC性能要比PIC的誤碼性能好。

圖4給出了PIC多用戶檢測和SIC多用戶檢測隨用戶數改變時誤碼率的曲線圖。從圖中我們可以看出隨著用戶數的增加，SIC多用戶檢測的誤碼開始快速增加，而PIC的誤碼率變化不大。從仿真我們可以得出，PIC多用戶檢測的性能優于SIC多用戶檢測的性能。

總結

多址干擾已經成為現階段CDMA系統所急需解決的問題，由于它的存在使得系統容量受到限制，并且帶來\"遠近效應\"，這兩點使多址干擾一直限制著CDMA系統的系統性能和容量的提高，而多用戶檢測技術以其優越的性能已經使其成為世界上最近科學技術領域的熱點之一，它為我們解決CDMA系統中存在的多址干擾提供了很好的方法。隨著多用戶的理論的不斷成熟，它必將為我更好的解決多址干擾提供更好的途徑。

參考文獻

[1] 李紹輝 張鳴.并行干擾抵消算法在多用戶檢測中的應用 西安科技大學學報，2005 No.2

[2] 黃偉國 申敏。DS-CDMA多用戶檢測技術。重慶郵電學院學報（自然科學版），2000 No.2

[3] Viterbi， A. J. Wireless Digital Communication A View Based on Three Lessons Learned. IEEE Communications Magazine，1991.