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移动通信系统中的多用户检测技术摘要：多用户检测技术是通过取消小区间干扰来改进性能。增加系统容量， 是下一代移动通信系统提高性能的关键技术之一，本文在介绍其基本原理的基础 上，回顾其发展历程，并对其最新研究成果进行讨论。关键词：移动通信系统 多用户检测技术 发展一多用户检测的基本原理在多用户检测中。背景噪声是随机的、不可预测的；多址干扰不同于普通的 高斯白噪声，具有一定的可预测性；从信息论的角度而言，MAI是携带有不同 用户扩频码之间相关信息的信号，具有一定的估计精度。因此如果将这一部分信 息作为噪声处理或丢弃掉，势必会影响整个系统的容量或相同条件下系统的误码 性能。鉴于多址干扰的这一重要特性，在检测过程中可以把所有用户的信号都当 作有用信号，考虑到其他用户的信息在一定程度上是可预知的，因而可以综合利 用包括干扰用户在内的各种信息及信号处理手段，充分利用CDMA用户特征波 形的内在结构信息，对接收信号进行联合处理，最大可能地抑制甚至消除多址干 扰，从而达到更准确检测目标用户信号、改善接收系统性能的目的。二多用户检测技术发展多用户检测的想法最早在1979年由Schneider提出的，1986年Verdu将最 优多用户检测的理论向前推动了一大步，认为多址干扰是具有一定结构的有效信 息，理论上证明采用最大似然序列检测可以逼近单用户接收性能，并有效地克服 了远近效应，大大地提高了系统容量，从而开始了对多用户检测的广泛研究。然 而由于最优多用户检测算法的复杂度随系统中的用户数呈指数关系增长，当用户 数较大时，运算量非常大，以致在现阶段还难以实用。但是Verdu的工作为进一 步研究奠定了理论基础，促使人们去寻求复杂度较低、性能上优于传统检测器的 各种次优多用户检测器。研究首先集中在AWGN信道下的次优多用户检测上， 而在实际的CDMA通信系统中，收端不可能知道所有发端用户信息，而且多用 户检测的参数如：振幅、相位和用户间的互相关系数经常改变，因此开始研究自 适应多用户检测算法。在1995年Michael Honig等人提出了盲自适应多用户检测 的概念，这种多用检测机仅需要和传统检测机相同的信息，就可以检测出所发送 的信号，使得多用户检测技术向实用化又前进了一步。自适应滤波的原理在其中 得到了广泛的应用各种算法纷纷被应用到多用户检测的系统中。在1998年 Xiaodong Wang和H-VincentPoor提出了子空间盲多用户检测技术，将盲自适应 信道估计、盲自适应阵列响应估计与盲多用户检测技术结合在一起，利用基于子 空间的高分辨方法对接收的信号进行多用户检测。在1999年他们又将多径 CDMA信道中接收天线阵列技术与盲多用户检测技术相结合，提出了空时多用 户检测技术。盲自适应技术不需要采用训练序列，且提高了系统的动态跟踪能力, 因而近年来也成为一个研究热点。二急需解决的问题1目前多用户检测器的时间复杂度和结构复杂度都与实际应用存在差距， 尤其是当一些参数（频率、幅度、相位及同步）估计不理想时相关系数矩阵会发生 变化，多用户检测器性能也会随之下降。2多用户检测仅考虑本小区内的用户干扰，对周围小区影响不予考虑，而 对CDMA系统中的盲多用户检测技术的研究于处在本小区边缘的移动用户，周 围小区的干扰是不容忽略的，而如何在周围小区的影响下发挥和使用多用户检测 器的特性，尤其是在小区扇区化后，多用户检测技术如何应用于实际系统中都是 值得进一步研究的问题。三、最新的研究成果1基于Lagrangian乘子法的多用户检测。将二进制二次规划问题连续化为 一个带等式约束的二次规划问题，借助于求解等式约束的LaKrangian乘子法， 推导出Lagrangian乘子与用户信息码及信道噪声之间的关系。同时，根据多用户 检测问题的特殊性，还给出了估计Lagrangian乘子的方法，进而得到了一种新的 多用户检测器，仿真结果表明，新算法的误码率与最佳多用户检测器大致相同， 低于一般的次最优多用户检测器。2基于瞬时混合结构的盲多用户检测。基本思想是将现有的盲信源分离算 法应用到MIMO-OFDM系统的信号检测中。该算法从MIMO-OFDM系统中的 频点角度出发，解决了 BSS算法在存在时延的系统中的应用问题以及由于被分 离后的信号重组而带来的不确定置换和通信系统中的复值信号性质所引发不确 定的尺度变化问题。方法的有效性已通过计算机仿真得以验证。3基于演化策略的多用户检测，DSCDMA无线通信中的最优多用户检测属 于NP完备组合优化问题，启发式方法是求解这类问题的有效方法，通过分析最 优多用户检测问题的适应值曲面特征，研究和设计系列低计算复杂度、接近最优 多用户检测性能的启发式算法。仿真结果表明，基于演化策略的多用户检测算法 能够在中等规模用户数情况下提供与最优多用户检测相当的性能，而快速迭代局 域搜索算法能够以较低的计算复杂度得到比其他局域搜索算法更好的解。4基于MPIC算法的多用户检测。在RAKE接收机的基础上，用前一级解 调出的信号对多径干扰进行估计，并在后一级解调每一径时从接收信号中减去其 他径干扰的估计，以消除由于多径衰落造成的符号间干扰。MPIC算法是一种非 线性的多用户检测算法，采用多级迭代的方法消除多用户之间的干扰。随着迭代 级数的增加，该算法的性能将逐渐提高。但也会增加运算的复杂度和时延。在 MPIC的实现过程中，综合算法复杂度和性能方面，采用了 2级IGU单元估计多 径干扰，每一级估计的多径干扰的准确性将随着级数的增加而增加。5基于免疫克隆选择算法的多用户检测。为了解决最佳检测器计算复杂度 较高的难题，提出一种精简有效的克隆选择算法。把人工免疫系统和神经网络系 统的信息处理机制引入到CSA提出了免疫克隆选择算法。所提ICSA通过使用 随机Hopfield神经网络制备疫苗构成新的免疫算子,把新的免疫算子结合到克隆 选择算法中，不仅加快了克隆选择算法的收敛速度，并提高了克隆选择算法的全 局收敛能力。在CDMA系统利用此算法设计了新的多用户检测器，仿真结果证 明了 ICSA检测器能够快速收敛到全局最优解，并且无论抗多址干扰和抗远近效 应能力都优于传统方法和一些应用优化算法的多用户检测器。四、结语随着第三代通信系统逐步步入商用阶段，由于用户数争剧膨胀，系统中的多 址干扰会日益严重。因此对用户检测技术的需求会更加迫切，多用户检测技术联 合其他优化技术必将发挥它重要的作用，它的发展将会进一步完善第三代移动通 信系统。