（电路与系统专业论文）在DSCDMA系统中对盲多用户检测算法的研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 在d s - c d m a 系统中对盲多用户检测算法的研究 摘要 在直扩码分多址( d s c d m a ) 系统中，多址干扰是影响 接收机性能和系统容量的主要因素。然而多址干扰( m a i ) 不 是不可避免的，可以通过采用多用户检测( m u d ) 技术减 小以致消除多址干扰的影响，改善系统性能，增大系统容量。 多用户检测需要使用训练序列，在训练之后，系数可以锁定。 而训练序列的不断发送会造成频谱资源的大量浪费，因而人 们转而去研究不需要训练序列的盲自适应检测。近年来，盲 多用户检测技术也是现在国内外热门的研究课题。本文在总 结现有m u d 研究成果的基础上，从理论分析与仿真角度重 点研究了m u d 技术中的盲多用户检测算法。主要工作可以 概括如下： ( 1 ) 对盲多用户检测的l m s 算法、r l s 算法及k a l m a n 算法在不同的信道环境中的信干比、误码率、最小输出能量 以及抗干扰性能进行了分析、研究和仿真。计算机仿真表明 了r l s 、k a l m a n 两种算法具有优良的收敛性和较高的稳态 太原理工大学硕士研究生学位论文 输出信干比( s i r ) 以及在时变信道中良好的跟踪特性。 ( 2 ) 针对应用盲多用户检测l m s 算法的m o e 检测器具 有全局收敛，但是稳态剩余均方误差比较大，无法收敛到最 佳m m s e 检测器的特点，本文提出了一种改进型盲多用户 检测的l m s 算法，并对其信干比、误码率及抗干扰性能进 行了分析、研究和仿真。计算机仿真表明该算法的收敛性能 和误码性能均优于基本l m s 算法。应用改进型盲多用户检 测l m s 算法的这种检测器既保持了m o e 检测器全局收敛 的特性，又具有理想的稳态输出s i r 。该算法能够有效的克 服多址干扰。 ( 3 ) r l s 算法的收敛速度明显快于l m s 算法，但r l s 算法的s i r 性能尤其在平稳性方面明显不如k a l m a n 算法， 本文提出了一种改进型盲多用户检测的r l s 算法，并对其 信干比、误码率及抗干扰性能进行了分析、研究和仿真。计 算机仿真表明该算法的s i r 平稳性能和误码性能均优于基 本r l s 算法，且几乎接近k a l m a n 算法。 本项目为山西省自然基金资助项目( 2 0 0 41 0 4 4 ) 。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 关键词：盲多用户检测，l m s 算法，r l s 算法，k a l m a n 算法，改进型l m s 算法，改进型r l s 算法 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 as t u d yo nb l i n dm u da l g o r i t h m si n d s c d m as y s t e m s a b s t r a c t m u l t i a c c e s si n t e r f e r e n c e ( m a i ) i st h ep r i m a r yf a c t o rt h a t w i l ld e t e r m i n et h ep e r f o r m a n c ea n dc a p a c i t yo fc o d e - d i v i s i o n m u l t i p l e - a c c e s s ( c d m a ) s y s t e m t oa v o i do re v e ne l i m i n a t e t h ei n f l u e n c eo fm a i ，m u l t i u s e rd e t e c t i o n ( m u d ) t h a th e l p s t h e s y s t e mp e r f o r mb e a e r a n de n l a r g et h ec a p a c i t yo ft h e s y s t e mc a nb ea d o p t e d h o w e v e r ，m u dd o e sn o tw o r kw i t h o u t u s i n gt h ea r r a yo ft r a i n i n gb e f o r ec o e f f i c i e n ti sl o c k e d ，w h a ti s m o r e ，c o n s t a n ts e n d i n go fa r r a yo ft r a i n i n gw i l lc a u s eb i gw a s t e o fs p e c t r a lr e s o u r c e s t h e r e f o r e ，p e o p l er u mt ot h es t u d yo ft h e b l i n d s e l f - a d a p t a t i o nt h a t d o e sn o tn e e dt r a i n i n g i nr e c e n t y e a r s ，t h es t u d yo nb l i n dm u l t i u s e rd e t e c t i o nh a sa r o u s e dg r e a t a r e n t i o na r o u n dt h ew o r l d t h i st h e s i sp u t sf o c u so nb l i n d 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 m u da l g o r i t h m s c o m b i n i n gt h e o r ya n a l y s i s a n dt h r o u g h s i m u l a t i o n sb a s e do nt h ec u r r e n tm u d t e c h n o l o g i e s f o l l o w i n g a r et h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i s ( 1 ) m a k ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o n so ns i g n a li n t e r f e r e n c e r a t e ( s i r ) ，b i t ee r r o rr a t e ( b e r ) ，m i n i m a lo u t p u te n e r g ya n d a n t i i n t e r f e r e n c ep e r f o r m a n c ei nd i f f e r e n tc h a n n e le n v i r o n m e n t o f l m s a l g o r i t h m ，r l sa l g o r i t h ma n dk a l m a na l g o r i t h mo f t h e b l i n dm u l t i u s e rm e a s u r e s t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o ns h o w st h a t r l sa l g o r i t h ma n dk a l m a na l g o r i t h ma r eo fg r e a tc o n v e r g e n c e p e r f o r m a n c e ，s t a b l es i ra n da c c u r a t et r a c k i n g i n t i m i n g c h a n n e l s ( 2 ) a st ot h ep r o b l e mt h a tm o ed e t e c t i o nt h a to fb l i n d m u dl m sa l g o r i t h mw i l lc o n v e r g e n c et h eo v e r a l ls i t u a t i o n ， b u ts t a b l er e m a i n i n gr e s i d u es q u a r ee r r o r sa r eb i ga n dt h ei d e a l m m s ed e t e c t i o nw i l ln o tb ea c q u i r e d ，a u t h o rp r o p o s e sa l l i m p r o v i n gt y p e o fb l i n dm u dl m sa l g o r i t h ma n dm a k e s a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fi t ss i r ，b e ra n da n t i i n t e r f e r e n c e p e r f o r m a n c e t h es i m u l a t i o no ft h ec o m p u t e ri n d i c a t e st h a t 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 b o t ht h eb e r p e r f o r m a n c ea n dt h ec o n v e r g e n c ep e r f o r m a n c e o f t h i sa l g o r i t h ma r es u p e r i o rt ol m sa l g o r i t h m t h ei m p r o v i n g b l i n d m u dl m sa l g o r i t h mk e e p sm o e sa d v a n t a g eo ft h e c o n v e r g e n c eo ft h eo v e r a l ls i t u a t i o na n dt h ei d e a ls t a b l es t a t eo f s i ro u t p u t w h a ti sm o r e ，t h i sa l g o r i t h mc a na v a i l a b l ya v o i d m a i ( 3 ) t h ec o n v e r g e n c es p e e do fr l sa l g o r i t h mi sq u i t e h i g h e rt h a n t h a to fl m sa l g o r i t h m ，b u tt h es i ro fr l s a l g o r i t h mi sn o ts t a b l e a sw e l la sk a l m a na l g o r i t h m s a n i m p r o v i n gt y p eb l i n dm u d r l sa l g o r i t h mi sp r o p o s e di nt h i s t h e s i sa n da n a l y s i s ，s t u d ya n ds i m u l a t i o no fi t ss i r ，b e ra n d a n t i i n f e r e n c ep e r f o r m a n c ea r em a d e t h es i m u l a t i o no ft h e c o m p u t e rs h o w st h a ti t i ss u p e r i o rt or l sa l g o r i t h mi nt h e a s p e c to fs t a b i l i t ya n db e ra n di t w o r k sa l m o s ta sw e l la s k a l m a na l g o r i t h m k e yw o r d s ：b l i n dm u d ，l m sa l g o r i t h m ，r l s 6 太原理_ 丁大学硕士研究生学位论文 a l g o r i t h m ，k a l m a na l g o r i t h m ，i m p r o v i n gt y p el m sa l g o r i t h m ， i m p r o v i n gt y p er l sa l g o r i t h m 7 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个入在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中特别 加以标注和致谢中所罗列的内容外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得太原 理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本文研究所做的任何贡献均 己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 名：煎啉上年羔月卫日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保留和使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许 查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容 可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文( 保 密的论文在解密后遵守此规定) 。 本人签名：型i 生： 日期：堕年月王_ 日 导师签名：坠耋垒日期：! 兰年月日 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 现代移动通信技术 移动通信作为一种无线通信方式已经经历了两代升级并向第三 代发展。第一代是模拟通信系统，包括北美的咄p s ( i s 1 9 ) 系统， 英国t a c s 系统和北欧的n m t 系统，主要采用的是f d m a 技术。第 二代通信系统由模拟向数字转变，包括北美的d a m p s ( i s 5 4 ) 系统、 q c d m a ( i s 一9 5 ) 系统、日本的j d c 系统和欧洲的g s m ( g s m ： g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 系统f j 】，主要采用的是 t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 和c d m a ( c o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) 技术。我们国家采用的是欧洲的g s m 的蜂窝系统， g s m 提供的业务仅限于话音、传真和低速率( 远小于6 4 k b p s ) 的数 据业务。随着第三代移动通信系统( i m t 2 0 0 0 ) 标准的问世，为无线 通信的发展提出了更高的要求和目标，目前被选的第三代移动通信标 准有欧洲的w - - c d m a ( w i d e b a n d - c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) ， 北美的c d m a 2 0 0 0 ，以及中国提出的t d - - s c d m a ( t i m ed i v i s i o n - - s y n c h r o n o u sc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 等等。国际电联( i t u ： i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 第三代移动通信系统( 3 g ： t h et h i r dg e n e r a t i o n ) 标准规定【2 1 ： ( 1 ) 能提供高质量的业务，包括语音。低速和高速数据( 几k b s 到 2 m b s ) ，并具有多媒体接口： ( 2 ) 能支持面向电路和愿向分组的业务： ( 3 ) 具有更高的频谱效率，提供更大的通信容量； ( 4 ) 能与固定网络兼容。和现有移动通信网络互联互通并实现全球漫 太原理t 大学硕士研究生学位论文 游： ( 5 ) 网络结构的多样化，以适应各种服务的需要； ( 6 ) 具有高级的移动管理，能保证大量用户数据的存储、更新、交换和 实时处理等等； 第三代移动通信中的关键技木有3 】： ( 1 ) 高效信道编译码技术： ( 2 ) 多用户信号检测( m u l t i u s e rs i g n a le s t i m a t i o n ) 技术； ( 3 ) 智能天线( s m a r t a n t e n n a ) 技术： ( 4 ) 空时处理( s p a c e - t i m ep r o c e s s i n g ) 技术； ( 5 ) 功率控制技术； ( 6 ) 初始同步和r a k e 多径分集( d i v e r s i t y ) 接收技术等等。 随着第三代移动通信技术和系统的开发，信号处理在通信中的作 用越来越突出，使得通信与信号处理两个领域之间的合作越来越紧 密。通信中的信号处理问题一般包括如下几个方面： ( 1 ) 信道信源编码，压缩和量化； ( 2 ) 信道估计，均衡和同步： ( 3 ) 通信中的阵列天线； ( 4 ) 多用户技术和网络问题： ( 5 ) 多载波和宽带传输； ( 6 ) 调制、多址技术和干扰抵消等等。 多址技术是第三代无线通信系统的核心技术，也是争论的焦点之 一。多址技术的选择直接影响到系统的频谱利用率、系统容量、小区 结构、设备的复杂度等等。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 2 多址技术 在移动通信系统中，多个用户同时通话，各个移动台发送的信号 通过个共同的发射媒介到达基站，被接收机同时接收，这就需耍通 过某种方式区分不同用户发送的信号。把处于不同地点的多个用户接 入一个公共传输媒质实现各用户之间通信的技术称为多址技术。现代 通信中有四种多址技术 4 】： ( 1 ) 频分多址( f d m a ) 技术 在频分多址中，通信系统的总频带被分隔成若干等间隔的子频 带，系统为每一个用户指定了特定的载波频率发送信号，在某一个用 户占用某子频带时，其他用户不能共享这一频段。为了使用户信号问 互不干扰，子频带应互不交叠，通常在予频带间插入保护频带。 ( 2 ) 时分多址( t d m a ) 技术 在时分多址中，将时间分成周期性的帧，每一帧划分成若干时 隙( 无论帧或时隙都是互不重叠的) ，每一个时隙就是一个通信信道， 分配给一个用户，而所有的用户共享相同的无线频谱。 ( 3 ) 码分多址( c d m a ) 技术 码分多址中为每个用户分配了特定的地址码对要发送的信息进 行扩频调制，利用公其信道来传输信息。c o m a 系统的地址码相互具 有准正交性，以区别不同的信号，而不同用户的信号在频域、时域和 空间上都可能重叠。接收机利用目标用户的地址码对接收的信号进行 相关检测。其他使用不同码型的信号因为和该特定地址码的相关牲很 小而不能彼解调。在移动通信系统中常用的直接序列扩频 ( d s c d m a ) 是直接用具有高码率的扩频码序列在发端去扩展信号 的频谱，而在接收端，用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 频信号还原成原始的信息。 ( 4 ) 空分多址( s d m a ) 技术 除了上述三种多址技术之外，还有一种叫做“空分多址” ( s d m a ) 的技术。这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例 来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的 不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相 同的频率进行工作，它们之间也不会形成于扰。 纵观移动通信的发展，可以看到，第三代移动通信系统的最主要技术 之一便是c d m a 技术的应用。 1 3 直扩码分多址( d s c d 卧) 的优势 同其他多址方式相比，d s c d m a 技术具有以下的明显优势： ( 1 ) 通信容量大 根据仙农理论，信道的容量完全由信道特性决定，但实际中系统 很难达到理想情况，不同的多址方式将有不同的通信容量。理论分析 表明，相同条件下，采用d s c d m a 方式的小区容量是采用数字 t d m a 或f d m a 方式容量的4 6 倍【5 】a ( 2 ) 可以与视距微波通信共享一个频段 在d s c d m a 中，信号经过扩频处理后，单位频带内的功率很 小，故对窄带用户的干扰很小。同时考虑到微波视距传输的特点：波 束方向性好、收发台远高于地平面，所以两个系统可以共享一个频段， 而不至于造成明显的相互干扰 ( 3 ) 能充分利用话音的统计特性 d s c d m a 是一个干扰受限系统，任何消除或减小干扰的方法都 能直接转化为系统容量的提高，大量统计表明人们在打电话时，约有 4 太原理丁大学硕士研究生学位论文 5 8 的时间处于听状态，而3 8 的时间在讲话，如果采用间断传输 技术，则系统中的多址干扰可以减小一半以上，从而提高了系统容量。 ( 4 ) 更适于在衰落信道中传输： 信道中的快衰落主要由多径传输引起，同一信号经不同路径到达 接收端，由于各路信号的相位、时延及强度的随机变化，严重地影响 了传输的可靠性。d s c d m a 系统中，当多径时延大于一个码片 ( c h i p ) 间隔时，多径信号间的互相关很小，从而对系统性能的影响 很小。 ( 5 ) 平滑的越区切换和有效的宏分集： 在d s - - c d m a 系统中所有小区使用相同的频率，这不仅简化了 频率规划，也使越区切换得以平滑完成。当移动台处于小区边缘时， 同时有两个或两个以上的基站向该移动台发送相同的信号，移动台的 分集接收机能同时接收、合并这些信号，此事处于宏分集状态：当某 一基站的信号强于当前基站信号且稳定后，移动台才切换到该基站的 控制上去，这种切换可以平滑完成，称为软切换。 ( 6 ) 通信容量的软特性 在t d m a 系统中，系统中可同时使用的用户数是固定的，易发 生容量硬阻塞：而d s c d m a 系统中，新增用户只会使通信质量略有 下降，不会发生硬阻塞。 ( 7 ) 低信号功率谱密度 在d s c d m a 系统中，信号功率被扩展到比自身频带宽度大很 多的频带范围内，因而其功率谱密度大为降低。 除此之外，d s c d m a 系统还有不需要时间保护间隔、不需复杂的频 率管理、便于从模拟方式向数字方式过渡等优点，这些优点使 d s c d m a 成为新一代通信系统以及未来个人通信系统中最具竞争 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 力、最有前景的无线多址技术【“。 1 4d s c d m a 系统中存在的问题 由于d s c d m a 系统使用的扩频码集一般并非完全正交，非零 互相关系数会引起各用户相互干扰，即多址干扰m a l ( m u l t i p l e a c c e s s i n t e r f e r e n c e ) 。在异步传输信道以及多径传播环境中，多址干扰将更加 严重n 多址干扰的存在带来两个问题： ( 1 ) 系统容量受到限制。随着同时接入系统用户数的增加，误码性 能随之下降。因此，减小多址干扰将增加系统容量。 ( 2 ) 除了多址干扰本身直接的影响以外，在上行链路中，如果保持 小区内所有移动台的发射功率相同，由于小区内移动台的随机移动， 使得移动台与基站间距离是不同的，离基站近的移动台信号强，离基 站远的移动台信号弱，将会产生以强压弱的现象，此即为所谓的“远 近效应”( n e a rf a re f f e c t s ) 8 1 。“远一近”效应严重影响系统性能。 因此，增加系统容量，缓解多址干扰的影响成为一个引人注目的课题。 抑制多址干扰的方法主要有：采用多用户检测技术、设计具有互相关 系数尽可能小的扩频码集、功率控制以及采用纠错编码或扇形天线。 其中多用户检测m u d ( m u l t i u s e rd e t e c t i o n ) 技术是一个重要的也是最 主要的技术。多用户检测技术是引用信息论并经过严格的理论分析后 提出的一种新型抗多址技术l 引，而且通过多用户检测可以实现一箭三 雕的作用，既可以抗多址干扰，又可以抵抗远近效应和多径干扰。传 统的c d m a 检测器分别对每个用户进行扩频码的相关运算，这种做 法没有考虑m a i 和普通白噪声的差异。m u d 则充分利用各个用户的 扩频序列、时延、幅度和相位信息对备用户进行联合检测，从总体上 提高各个用户的性能。 6 太原理： 大学硕士研究生学位论文 1 5 多用户检测理论的研究概况 多用户检测是抑制多址干扰的一种主要手段，又称为联合检测或 干扰抵消方法，可在上行链路的基站采用，也可在下厅链路的移动台 使用。多用户检测理论的研究在2 0 世纪8 0 年代前还较少， k s s c h n e i d e r 于1 9 7 9 年发表了一篇有关多址干扰抑制的文章1 。1 ，但 当时没有引起人们的关注。直到1 9 8 6 年，s v e r d u 利用对数似然函数 的可分解性，证明了k s ，s c h n e i d e r 的猜想：d s c d m a 系统中的最佳 多用户检测器可由匹配滤波器组合后接v i t e r b i 译码器构成【”】，但其运 算复杂度与用户数呈指数增加。为使多用户检测器能够实用化，人们 将研究重点集中在了其性能接近于最佳多用户检测器丽计算复杂度 较低的次最佳多用户检测器上【1 2 】。次最佳多用户检测器可分为线性检 测器和非线性检测器两大类，其中己出现的线性检测器主要包括解相 关检测器、最小均方误差检测器( m m s e ) 、最优线性检测器等；非 线性检测器主要包括判决反馈检测器、并行( 或串行) 干扰抵消算法 以及各种神经网络多用户检测器等。 在线性多用户检测器中，匹配滤波器的输出经过一个线性变换矩 阵后再送入判决设备。1 9 8 9 年，r l u p a s 等人首先提出解相关检测器， 其线性变换矩阵是各用户扩频码的相关矩阵。解相关检测器具有最佳 抗“远近”效应性能，性能不受干扰信号功率的影响，因此能够完 全消除多址干扰；然而同时放大了背景噪声，低信噪比时，误码率性 能可能会次于传统检测器。基于此，u m a d h o w 等人提出和分析了 最小均方误差( m m s e ) 检测器，这种检测器在消除多址干扰与噪声 放大之间取一个较好的折中。 非线性多用户检测技术又称为干扰抵消技术。1 9 9 0 年， 7 太原理工人学硕士研究生学位论文 m k v a r a n a s i 提出了并行干抵消扰( p i c ) 技术，该方法假设其它用户 的信号是已知的，在每一级中所有用户同时从输入信号中减去干扰信 号后，对需要检测的信号进行最大似然检测。随后，p p a t e l 提出了串 行干扰抵消( s i c ) 算法。 a d u e l h a l l e n 于1 9 9 3 年提出判决反馈干扰抵消算法，将用户按 照信号功率递减排列，通过对扩频相关矩阵进行c h o l e s k y 分解和线性 变换，使每个待判诀的信号中仅包含己判决信号对它的干扰，再采用 s i c 方案，就可以去除这些干扰，若假设已判决信号是正确的，则最 弱用户可达到单用户信道下的性能。 神经网络多用户检测器已引起人们的重视， b a a z h a n g ( 1 9 9 2 ) 首先提出了用多层感知器神经网络实现的多用户检测器 o g k e c h r i o t i s ( 1 9 9 6 ) 等人提出了一种基于h o p f i e l d 神经网络( h n n ) 的多用户检测器l ，这种检测器利用h o p f i e l d 神经网络的并行处理能力 完成多用户检测器的快速实现。然而当用户数增加或用户间相关系数 增大时，h n n 检测器的误码率性能明显下降，难以逼近最佳多用户 检测器的性能。 上述检测器需要已知各用户的扩频码、时延、用户功率以及信道 参数等系统参量的准确估计对于异步系统、存在多径或信号功率不 断变化的情况下，获取这些信息有时是很困难的，并且通信系统本身 是一个实时性极强的系统，为此，出现了大量自适应实现的多用户检 测器。这些自适应多用户检测器虽然很好地解决了实时性的要求且性 能较好，但这些检测器工作时需要不断发送训练序列，这就造成了频 谱的很大浪费，另一方面，由于信道是时变的，当变化很大时，发送 的训练序列就将毫无用处，甚至使得检测器的性能变得很差。基于此， 发展了不需要训练序列的自适应多用户检测，即盲自适应多用户检 8 太原理上大学硕士研究生学位论文 测。h o n i g 等人于1 9 9 5 年首先提出了盲多用户检测，给出了一种盲多 用户检测的典范形式”1 w a n g 等人于1 9 9 8 提出了盲多用户检测的子 空间方法1 1 4 1 ：张贤达等人于2 0 0 0 年提出了基于k a l m a n 滤波的盲多用 户检测算法1 8 。 1 6 本文结构 多用户检测技术是一类新型的抗多址于扰技术，目前有关理论还 不完善，并且实现很复杂，在当前的通信系统中尚未正式实用化。在 第三代移动通信系统中，己考虑将它列入第二期准备采用的新技术之 一。本课题针对多用户检测的算法进行一定的研究，主要是对一些比 较经典的算法进行仿真、并对些算法进行改进。本文作者在攻读硕 士期间一直从事d s c d m a 系统的盲多用户检测算法研究。该项目受 山西省自然科学专项基金资助。在深入研究宽带c d m a 系统m a i 特 性的基础上，通过对前人工作的学习和总结，本论文主要研究了 d s c d m a 系统中m a i 抑制技术的盲多用户检测算法，核心工作为： ( 1 ) 对盲多用户检测的l m s 算法、r l s 算法及k a l m a n 算法在不同的信 道环境中的信干比、误码率及抗干扰性能进行了分析、研究和仿真。 ( 2 ) 对盲多用户检测的l m s 算法进行了改进，提出了一种改进型盲多 用户检测的l m s 算法，并对其进行了信干比、误码率及抗干扰性能 进行了分析、研究和仿真。 ( 3 ) r l s 算法的收敛速度明显快于l m s 算法，但r l s 算法的s i r 性能 尤其在平稳性方面明显不如k a l m a n 算法，本文提出了一种改进型盲 多用户检测的r l s 算法，并对其信干比、误码率及抗干扰性能进行了 分析、研究和仿真。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 7 参考文献 1 】h h o l m aa n da t o s k a l a ( e d s ) w c d m af o ru m t s m w i l e y 2 0 0 0 2 】j g p r o a k i s d i 百m lc o m m u n i c m i o n m 】t h i r de d i t i o n ， m c g r a w h i l l ，1 9 9 5 3 s v c r d u m u l t i t u s e rd e t e c t i o n m c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ， 1 9 9 8 4 】胡建栋，郑朝晖码分多址与个人移动通信第一版，北京， 人民邮电出版社，1 9 9 6 5 】k s g i h o u s e n ，i m j a c o b sa n dr p a d o v a n i ，e ta l ，“o nt h e c a p a c i t yo fa c e l l u l a rc d m a s y s t e m ”i e e et r a n s v e h t e c h n 0 1 ，v 0 1 4 0 ，n o 2 ，p p 3 0 3 - 3 1l ，m a y1 9 9 1 6 】t s r a p p a p o r t ，w r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sp r i n c i p l e sa n d p r a c t i c e p r e n t i c e - h a l l ，1 9 9 6 7 】j g l p r o a k i s ，d i s t a lc o m m u n i c a t i o n s t h et l l i r d e d i t i o n , m c g r a w - h i l l ，1 9 9 5 8 】张贤达，保静通信信号处理北京：国防工业出版社，2 0 0 0 9 】c j u r e na n dj h e r a u l t b l i n ds e p a r a t i o no fs o u r c e s p a r ti ：a n a d a p t i v ea l g o r i t h mb a s e do nn e u r o m i m e t i ca r c h i t e c t u r e j s i g n a l p r o c e s s i n g ，j u l y1 9 9 1 ，v 0 1 2 4 n o 1 ：1 - 1 0 【l o 】k s s c h n e i d e r ，“o p t i m u md e t e c t i o no f c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e x e d s i g n a l s ，”i e e et a n s a e r o s p e l e c t r o ns y s t ，v 0 1 1 5 ，p p 1 8 1 1 8 5 ， j a n 1 9 7 9 s v e r d u ，“ k , 血l i m u mp r o b a b i l i t yo fe r r o rf o ra s y n c h r o n o u sg a u a a i a n 1 0 太原理c 大学硕士研究生学位论文 m u l t i p l e a c c e s sc h a n e l s ，”i e e et r a n s i n f o r m t h e o r y , v 0 1 3 2 ，n o 1 ， p p 8 5 9 6j a n 1 9 8 6 1 2 e c r e a l d wt u 缸，j wc o o l e y , “t w oa l g o r i t h m sf o ra p p r o x i m a t e s u b s p a c e t r a c k i n g ，”i e e e t r a n s s p , v 0 1 4 7 p p 1 9 3 6 1 9 4 5 ，1 9 9 9 1 3 m h o n i g ，u m a d h o wa n ds v e r d u ，“b l i n da d a p t i v em u l t i u s e r d e t e c t i o n ，”i e e et r a n s i t , v 0 1 4 1 ，n o 4 ，p p 9 4 4 - 9 6 0 ，1 9 9 5 1 4 x d w a n ga n dh v p o o r ，“b l i n dm u l t i u s e rd e t e c t i o n ：as u b s p a c e a p p r o a c h ，”i e e et r a n s i t , v 0 1 4 4 ，n o 2 , p p 6 7 7 6 9 1 ，1 9 9 8 太原理工人学硕士研究生学位论文 第二章扩频通信 扩展频谱通信系统，是将基带信号( 即信息序列) 的频谱扩展到 很宽的频带然后再进行传输的一种通信系统。这种通信系统需要占用 的带宽比基带信号的带宽要宽得多。乍看起来扩频系统似乎违反通信 系统的压缩频带的设计准则，但是，“信息论”充分证明，使用宽带 通信系统是正确的，也是解决目前抗干扰、商密级通信以及无线通信 中多址问题的较好途径。 2 1 扩频通信的原理 扩频通信的理论基础是信息论著名的“香农公式”其表达式 为： c = b l o g ，+ 万sj (2-1) 式中：c - 一一信道容量，b i t s 争一信道带宽，h z 争信号平均功率，w - 一一噪声平均功率，w 而香农公式可以化为另一种形式： c - 引。9 2 ( 1 + 嘉) ( 2 2 ) 一个信道的容量受“三要素”8 、h o 、s 的限制，其中n 。 是噪声功率谱密度。只要“三要素”确定了，信道容量也就确定了。 要增大信息传输速率，就必须增大信道带宽和信噪比。但是由于公式 中的对数部分变化缓慢，因此，增加带宽b 比增加信噪比更有效。也 1 2 太原理丁大学硕士研究生学位论文 就是说，当增加口值时可以使信道容量c 增加很快。信道容量c 为 常量时，信道带宽与信噪比之间存在着互换的关系，如果增加该信道 带宽b ，则可以降低对信噪比的要求，因为两者乘积为常数。当带宽 增) j n n - 。定程度时，信道容量不能无限制的增加。这是因为当信道带 宽增加时，噪声功率也成比例的增加。假设临界带宽为岛，即h o b o = s ， 也就是说，当信道带宽为岛时，噪声功率v = h o b o 与信号功率相等。 香农公式说明了一个重要概念：即在一定的信道容量条件下，可以用 减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达到提商信道容量的要求； 也可以用减小带宽而增加信号功率的办法来达到。这就是说信道容量 可以通过带宽与信噪比的互换而保持不变。【l j 2 2 处理增益 经过接收机对于信号噪声功率的压缩与扩展处理，使信号功率集 中，而干扰功率扩展分散并被滤波器大量滤除，提高了信号与噪声功 率比。这种对信号( 包括有用信号和干扰信号) 的扩频与解扩处理， 大大提高了系统的信噪比，增强了通信系统的抗干扰的能力。我们把 接收机解扩器输出信噪功率比与接收机的输入信噪功率比之比称为 “处理增益”g ，其表达式为： g p= 输出信噪功率比 输入信噪功率比 2 3 干扰容限 ：尝( 2 - 3 ) 2 琢丽 干扰容限表示系统在一定干扰电平条件下，能够实现通信的能力。 干扰容限既考虑了一个可用系统输出倍噪比的要求，又考虑了系 统内部信噪比损耗( 包括：射频滤波器的损耗，相关处理器的损耗， 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 放大器的信噪比损耗等) 。其表示式为： q m j2 g ，一【上m + ( 曹) 。w 】 ( 2 - 4 ) 式中： 行一干扰容限，招 g p _ 一系统处理增益，招 b 盯一一系统内部损耗，拙 ( 导) 。一相关解扩输出端( 即基带滤波器输出端) 要求的 v 信噪比，d b t 引。 2 4 干扰容限 直接序列扩频通信系统简称直扩系统，它是用伪随机码直接列直 接去调制载波，进行扩展频谱，即其载波被一个码速率远远高于信息 带宽的数字序列调制。扩频调制可用振幅键控、频移键控和相移键控。 直扩系统是目前应用比较广泛的一种扩频方式。直接扩展信号频谱的 系统。这种系统在发送端用一组伪随机码序列扩频系统是将要发送的 信息用伪随机码( p n 码) 扩展到一个很宽的频带上去，在接收端， 用与发端相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理，恢复出 发送的信号。对干扰信号而言，与伪随机码不相关，在接收端被扩展， 使落入信号通频带内的干扰信号功率大大降低，从而提高了相关的输 出信噪比，达到了抗干扰的目的。 直扩系统的组成如图2 1 所示，从信源输出的信号口例是码元持续 时间为死的信息流，伪随机码产生器产生伪随机码s 俐， 1 4 太原理- t 大学硕士研究生学位论文 图2 - 1 直接扩频通信系 f i g 2 _ ld i r e c ts p r e a dc o m m u n i c a t i o ns y s t e mp r i n c i p l eb l o c k - d i a g r a m 每个伪随机码的码元宽度为疋仃：( ，c 死 将信息码与伪随机码进行 相乘或模二加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，这时信 息带宽己被展宽然后用扩频序列去调制载波，则信号频谱被搬移到射 频上。在接收端，接收到的信号经混频后，用与发射同步的伪随机码 对中频号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息的频带，然后再进 行解调，恢复出所传送的信息a ( o 。在信道中的干扰包括：窄带干扰、 多径干扰、多址干扰等。由于这些干扰与伪随机码不相关，接收机的 相关解扩干扰、多址干扰等。由于这些干扰与伪随机码不相关，接收 机的相关解扩对它们相当于一次扩频，将干扰和噪声的频谱展宽，降 低了功率谱密度，经滤波后就大大降低了进入信号通频带内的干扰功 率，使解调器的输入信噪比得到提高，从而提高了系统的抗干扰能力。 2 5 直扩系统的性能 扩频通信之所以得到重视和发展，并成为近代通信主要研究和发 展的方向，是因为它具有很多优点，具有其它通信系统不能与之相比 的独特性能，现归纳如下： ( 1 ) 抗干扰能力强： ( 2 ) 可随机接入，任意选址； ( 3 ) 安全通信，具有较好的保密性； 】5 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 4 ) 降低了单位频带内的频谱密度，有利于空间通信的管理； ( 5 ) 信息传输可模数兼容，便于系统的集成和小型化，便于组网0 1 ： 2 6 伪随机码 在c d m a 数字移动通信和其他扩频通信中，扩频码起着至关重要的 作用，要求其有良好的伪随机特性和相关性能。扩频码性能关系到系 统的抗多址干扰、抗多径衰落的能力，关系到信息数据的隐藏和保密， 关系到捕获与同步系统的实现。理想的扩频码主要应具有如下特