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第三代移动通信技术中多用户检测技术的研究毕业论文.doc
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第三代移动通信技术中多用户检测技术的研究毕业论文.doc
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I
第三代移动通信技术中多用户检测技术的研究
摘 要
码分多址(CDMA)系统由于软容量、软切换、频谱利用率高以及抗干扰能力强等优
点在第三代移动通信系统(3G)中获得了广泛的应用。在 CDMA 系统中,多个用户信号
是依靠不同的扩频码来相互区分的,但在实际应用中,扩频码又不可能达到完全正交的
理想状态,因此在多个用户同时通信时,一定会产生多址干扰(MAI),随着系统用户数
的增加,这种干扰必将会成为影响其系统性能和限制系统容量的主要因素。如何能够更
好地消除多址干扰便成为近年来人们研究的热点。多用户检测技术能够有效地消除多址
干扰,提高系统容量,解决远近效应的问题,因而被列为第三代移动通信系统的关键技
术之一。其主要目的是从相互干扰的多个 CDMA 信号中检测出某个特定用户信号,从根
本上消除多址干扰的存在。其中盲多用户检测技术作为一种直接利用待测用户数据和期
望用户信息的盲自适应检测方法,近年来已得到众多学者的关注,并成为整个通信领域
的研究热点。
盲多用户检测器由于不需要发送期望用户的训练序列,且不需要干扰用户的先验知
识,具有开销小、效率高、实现复杂性比较低等一系列优点,而引起了人们对它的广泛
关注。
本文较为系统地分析了同步 AWGN 信道下的盲多用户检测和基于子空间盲多用户检
测的性能,通过仿真验证,得出一种能有效解决多址干扰和远近问题的盲多用户检测器,
并初步给出其实现方案。
关键字:多址干扰,盲多用户检测,同步 AWGN 信道,子空间
II
RESEARCH ON TECHONLOGIES OF MUTI-USER
DETECTION FOR 3G
ABSTRACT
Code Division Multiple Access (CDMA) system has been widely applied in the third
generation mobile communication system (3G) due to its soft capacity, soft switching, high
spectrum efficiency and strong immunity to interference. In CDMA system, the signals of
multiple users are divided depending on their different spreading spectrum codes. But in
practical applications, the spreading spectrum codes are impossible to be completely orthogonal.
When multiple users communicate simultaneously, the system will generate Multiple Access
Interference (MAI). With the increasing of users, this interference will become the main
factor affecting the system performance and limiting the system capability. How to eliminate
multi-access interference better has drawn much attention in recent years. Multi-user
detection can effectively eliminate multi-access interference; improve capability; solve the
problem of the Near-far effect; thus it becomes the key technologies of 3G. Its main purpose
is to detect the specific user signals from multiple CDMA signals interfering with each other,
and virtually eliminate the multi-access interference. Blind multiuser detection, which
directly takes advantages of the test data and interest of user info to detect, is a kind of blind
adaptive multiuser detection. It has been a popular research subject in the field of
communications recently.
Most of the researches focus on the blind multiuser detector, because it has no needs of
training sequence and the priori knowledge of interferential users, and it has the merits of
higher efficiency、lower complexity of the implementation, and so on.
This thesis systematically analyses the performance of the conventional synchronous
AWGN channel of the blind multiuser detection and the blind multiuser detection based on
the subspace. Via simulation confirmation, an effective blind multi-user detector that can
solve MAI and near-far problem is attained,Its implementation is also presented.
KEY WORDS : Multiple access interference, Blind multiuser detection, Synchronous
AWGN channel,subspace
III
目 录
摘 要 ..........................................................................................................................................I
ABSTRACT ..............................................................................................................................II
第一章 绪论..............................................................................................................................1
1.1 第三代移动通信的概述..............................................................................................1
1.2 第三代移动通信系统的关键技术..............................................................................2
1.3 多用户检测的历史和发展现状..................................................................................4
1.4 本课题研究的背景与意义..........................................................................................5
1.5 论文的内容安排..........................................................................................................6
第二章 多用户检测技术的理论基础......................................................................................7
2.1 CDMA 通信系统模型................................................................................................7
2.2 多用户检测的基本原理..............................................................................................7
2.3 多用户检测的分类......................................................................................................8
2.3.1 线性多用户检测...............................................................................................8
2.3.2 MMSE 多用户检测.........................................................................................9
2.3.3 多项式扩展(PE)多用户检测 ...........................................................................9
2.3.4 盲自适应多用户检测.......................................................................................9
2.4 多用户检测的性能测度...........................................................................................10
2.4.1 误码率(BER).............................................................................................10
2.4.2 信干比(SINR) ...........................................................................................10
2.4.3 渐进多用户有效性(AME)........................................................................10
2.4.4 抗远近效应能力(near-far resistance) .......................................................11
2.4.5 渐进剩余能量(EOE).................................................................................11
2.5 本章小结....................................................................................................................11
第三章 典型的多用户检测算法............................................................................................12
3.1 传统的匹配滤波器....................................................................................................12
3.2 最优多用户检测技术................................................................................................13
3.3 次优多用户检测技术................................................................................................14
3.3.1 非线性多用户检测.........................................................................................14
3.3.2 线性多用户检测.............................................................................................15
3.4 本章小结....................................................................................................................17
第四章 同步 AWGN 信道下的盲多用户检测 ...................................................................19
4.1 盲多用户检测概述....................................................................................................19
4.2 盲多用户检测的基本原理........................................................................................20
4.3 盲多用户检测器的准备知识....................................................................................20
4.3.1 盲多用户检测器的典范表示.........................................................................20
4.3.2 基于 CMOE 准则的盲多用户检测算法 .....................................................21
4.3.3 性能比较尺度.................................................................................................22
4.4 盲自适应 LMS 算法 ...............................................................................................22
4.4.1 LMS 算法 ......................................................................................................22
4.4.2 算法仿真.........................................................................................................24
4.5 改进的 LMS 算法 ...................................................................................................27
IV
4.5.1 变步长 LMS 算法 ........................................................................................27
4.5.2 算法仿真.........................................................................................................28
4.6 盲自适应 RLS 算法 ................................................................................................31
4.6.1 RLS 算法 .......................................................................................................31
4.6.2 算法仿真.........................................................................................................32
4.7 本章小结....................................................................................................................35
第五章 基于子空间盲多用户检测算法的研究....................................................................36
5. 1 子空间发展的概述...................................................................................................36
5. 2 子空间方法的基本原理...........................................................................................36
5. 3 子空间跟踪算法.......................................................................................................38
5.3.1 PAST 算法.....................................................................................................38
5.3.2 PASTd 算法...................................................................................................39
5.3.3 OPAST 算法..................................................................................................40
5. 4 改进的子空间跟踪算法...........................................................................................40
5. 5 实验仿真与结果分析...............................................................................................41
5. 6 本章小结...................................................................................................................44
第六章 总结与展望................................................................................................................45
致 谢........................................................................................................................................46
参考文献..................................................................................................................................47
附录一(外文资料)..............................................................................................................48
附录二(中文资料)..............................................................................................................58
1
第一章 绪论
1.1 第三代移动通信的概述
随着科学技术日新月异的不断发展,人们身处在生活节奏快速变化的社会中,传统的通讯手段己经
无法满足现代化社会的需求了,所以如何使通讯工具达到人类通信的最终目标一一个人通信,既是人们
的梦想,也是科学家奋斗的目标。个人通信将成为人类通信的最高阶段,而移动通信则是迈向个人通信
的必经阶段。近些年来,随着数字和射频电路制造技术方面取得的巨大进步,以及在新的大规模集成电
路和其它小型化技术的推动下,移动通信技术获得了跨越性的发展。到目前为止,移动通信系统己经发
展到第三代并准备向下一代发展,在我国也己经逐步推广第三代移动通信业务。第一代移动通信系统是
采用频分多址(FDMA Frequeney Division MultipleAccess)方式的模拟蜂窝系统。第二代移动通信系统采用
时分多址(TDMA,Time Division Multiple Access)或者码分多址 (CDMA,Code Division Multiple Aeeess)
为主的数字蜂窝系统,其容量和功能都比第一代移动通信系统有了很大的提升,但是伴随着社会的发展,
人们对通信业务种类和数量需求的急剧增加,使得人们已经不再满足于第二代移动通信系统。于是一种
能够提供全球漫游,还能够支持多媒体业务并且有足够容量的第三代移动通信系统就由此产生。第三代
移动通信系统是按照国际电联(ITU,International Telecommunieation Union)提出的 ITM-2000 标准进行设
计的新一代移动通信系统,简称 3G(The Third Generation)系统,其基本特征可概括为:
(l)具有支持多媒体,特别是 Internet 业务的能力。ITU 规定的第三代移动通信系统的数据传输必须满
足以下三种环境的最低要求:快速移动环境,最高速率达 144kbit/s;室外到室内或步行环境,最高速率达
384kbit/s:室内环境,最高速率达 ZMbit/s。
(2)全球普及和全球无缝漫游的系统。
(3)便于过渡,演进:由于第三代移动通信系统引入时,第二代网络己具有相当的规模,所以第三代的
网络一定要能在第二代网络的基础上逐渐灵活演进而成,并应与固定网兼容。
(4)高服务质量。
(5)高频谱效率。
(6)高保密性。
目前,第三代移动通信系统主要有三种方案:我国的 TD 一 SCDMA、北美的 CDMA2000 和欧洲的
WCDMA。虽然这些方案不甚相同,但是全世界在第三代移动通信系统以及未来移动通信系统中采用宽
带码分多址(CDMA)技术己经达成共识。
1.2 第三代移动通信系统的关键技术
在第三代移动通信系统中采用了很多关键技术,其中主要包括以下几个方面
的关键技术。
1.Rake 多径分集接收技术
一般移动通信是在复杂的电波环境下进行的,如何克服电波传播造成的多径衰落现象是移动通信的
一个基本问题。由于 CDMA 系统具有宽带的特性,因此这些路径可能会超过一个 CDMA 位(码片)的宽
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