1、多用户检测,刘林南 博士,2018/10/10,2,多用户检测技术,多用户通信系统 多用户检测的概念,2018/10/10,3,多用户通信系统,多址系统：系统中大量用户共用通信信道以传送信息到接收机。,发射机1,发射机2,发射机n,信道,接收机, ,2018/10/10,4,多用户通信系统,广播网：一部发射机发送信息到多个接收机。,卫星,2018/10/10,5,多用户通信系统,存贮转发网络：每个成员都具有存储和转发功能,卫星,卫星,卫星,2018/10/10,6,多用户通信系统,对于多址系统，又分为频分多址（FDMA），时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA） 本节将主要研究CDMA信号的
2、检测问题。,2018/10/10,7,多用户检测的概念,由于信道的非正交性和不同用户的扩频码字的非正交性，导致用户间存在相互干扰。多用户检测（MUD）的作用，就是去除多用户之间的干扰，来改进系统性能，增加系统容量； 上行MUD：去除小区内各用户之间的干扰； 下行MUD：去除公共信道（如导频、广播信道等）的干扰；,2018/10/10,8,CDMA系统中传统的检测技术,K个用户，直接序列扩频，单径同步信道，则接收信号的基带表示为：CDMA随机码的相关性为：其中 ；,2018/10/10,9,CDMA系统中传统的检测技术,则第k个用户的相关器输出为：其中， 为其它用户引入的干扰,2018/10/1
3、0,10,多用户检测的系统模型：,2018/10/10,11,多用户检测算法的分类：,多用户检测算法,2018/10/10,12,最佳接收,K个用户分享信道，标记每个用户的波形为：不失一般性，假设 成立；则第k个用户相应的等效低通发送波形为：其中， 为比特信号能量， 为用户数据长度，为符号间隔， 为码片间隔。,2018/10/10,13,最佳接收,K个用户合成的发送信号为：对于接收，可以表示为：而最佳接收就是以匹配滤波器加维特比算法来实现最大似然序列检测。,2018/10/10,14,最佳接收,首先计算对数似然函数：选择使 最小的信息序列 ；首先将上式积分展开：,2018/10/10,15,最
4、佳接收,其中 表示接收信号与K个标记序列中的每一个互相关。可以用匹配滤波器代替互相关器；记 则上式可以用相关度量的形式表示为：表示成向量内积的形式为：其中,2018/10/10,16,最佳接收,计算度量并选择对应 于最大度量 的信号,输出比特,在tnT时抽样,2018/10/10,17,最佳接收的说明,需要知道接收信号的能量; 复杂度随用户数K呈指数增加,2018/10/10,18,解相关检测器,符号同步时，K个匹配滤波器输出的接收信号向量为：则噪声的协方差为：因噪声是高斯的，故 满足均值为 ，协方差为 的K维高斯分步,2018/10/10,19,解相关检测器,于是 的最佳线性估计值是使似然函
5、数：最小化的 值。该最小化结果是：取 中每个元素的符号即可获得检测符号，即,2018/10/10,20,解相关接收机,线性变换和检测器,输出比特,在tnT时抽样,2018/10/10,21,解相关检测器,研究K2个用户的情况，在这种情况下：其中：接收信号为： 与 和 作相关运算，可得：,2018/10/10,22,解相关检测器,因此得到：可以看到，通过变换，消除了两个用户之间的干扰,2018/10/10,23,最小均方误差（MMSE）检测器,准则：挑选合适的线性变换 ，确定其中的矩阵A，使得最小化均方误差如何获得最佳矩阵A：迫使误差 和数据向量 正交：同步传输时有：和,2018/10/10,2
6、4,最小均方误差（MMSE）检测器,求解A，得：于是：,2018/10/10,25,解相关和MMSE检测器的一些说明,均呈现出理想的抗远近效应的特性； 均涉及对来自K个相关器或匹配滤波器的数据进行线性变换； 解相关检测器类似于迫零线性均衡器； MMSE检测器类似于线性MMSE均衡器； 复杂度均和用户数成线性关系；,2018/10/10,26,干扰消除器,干扰消除：估计不同用户和多径引入的干扰，然后从接收信号中减去干扰的估计； 干扰消除包括： 串行干扰消除（SIC）：逐步减去最大用户的干扰，即在检测到干扰信号波形时，一次一个的将它们从接收信号中除去； 并行干扰消除（PIC）：同时减去除自身以外的
7、所有其他用户的干扰，即构造出所有用户的干扰信号，再从接收信号中抵消掉干扰信号。,2018/10/10,27,串行干扰消除器,按照接收功率递减的顺序解调用户； 步骤： 首先解调最强接收信号的用户； 在前一个信号被解调和检测之后，恢复出对第二个信号的干扰信号； 将第二个用户的信号减去第一个用户的干扰后，进行判决，得到第二个用户的信号； 如此反复进行；,2018/10/10,28,串行干扰消除器,对第k个用户的发送信息作判决时，我们假设对k+1，K个用户的判决是正确的，而忽略了1，k-1个用户的存在。因此，对于同步传输，第k个用户信息比特的判决为：其中， 为对应于第k个用户的相关器或匹配滤波器的输出
8、。,2018/10/10,29,串行干扰消除器的说明,SIC要求估计所接收到的用户信号功率； 对于比检测到的用户信号更弱的那些用户信号，可将其看出附加干扰； 计算复杂度与用户数成线性关系； SIC检测器是次最佳检测器。,2018/10/10,30,多级干扰消除器（MIC）,即在检测用户比特和抵消干扰时采用多次迭代的技术。例：两用户，采用解相关检测器第一级：第二级：第三级：,2018/10/10,31,多级干扰消除器的说明,当两次连续迭代之间判决没有变化时，可以中止迭代； MIC是一种次最佳检测器，依靠这样的迭代过程不能收敛于最佳多用户检测器。,2018/10/10,32,并行干扰消除器,PIC
9、是在每级干扰消除中，对每个用户减去其他用户的信号能量，并进行解调。 注意：在每一级干扰消除中，并不是完全消除其他用户的所有信号能量，而是乘以一个相对小的系数，这样可以避免接收检测中的误差不被放大。,2018/10/10,33,并行干扰消除器,匹配 滤波,S1,匹配 滤波,S2,匹配 滤波,S3,匹配 滤波,SK,匹配 滤波,S1,匹配 滤波,S2,匹配 滤波,Sk, , ,基带信号,2018/10/10,34,SIC与PIC比较,PIC处理延迟小，但计算量大；SIC处理延迟大，但计算量小； 当功率控制不理想时，PIC性能劣于SIC；反之，PIC优于SIC； SIC对弱用户信号检测的性能更好，但是以降低强用户检测性能为代价； 多级检测时级数取三级比较合适； 多级检测中的初级检测往往采用传统的匹配滤波器检测或解相关检测,2018/10/10,35,SIC与PIC比较,为了增加系统的鲁棒性，往往采用部分判决反馈； 按功率大小对接收用户信号排序； 软判决维特比译码；,2018/10/10,36,多用户检测的研究方向,智能天线与多用户检测的结合：空时二维处理； 多用户检测和多载波调制（OFDM）的结合； 多用户检测和信道译码的结合：软判决维特比译码； 多用户检测和功率控制的结合；,谢谢！,
