基于PIC的MC-CDMA系統(tǒng)多級(jí)型多用戶檢測(cè)技術(shù)

摘要：為了抑制MAI和遠(yuǎn)近效應(yīng)以提高系統(tǒng)的性能，采用多級(jí)型多用戶檢測(cè)技術(shù)，充分利用各個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列時(shí)延幅度和相位信息時(shí)各用戶進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，利用前級(jí)判決的信息構(gòu)造所有用戶的干擾信號(hào)，然后從接收信號(hào)抵消掉干擾信號(hào)，從總體上提高各用戶的性能。仿真驗(yàn)證表明，PIC的處理延遲小，且在用戶增多的情況下誤碼率大為降低，但隨著級(jí)數(shù)的增加，計(jì)算復(fù)雜度增大，故實(shí)際應(yīng)用中一般選三級(jí)為宜。
關(guān)鍵詞：多用戶檢測(cè)；多址干擾；并行干擾抵消；誤碼率

    在CDMA系統(tǒng)中分配給各個(gè)用戶的擴(kuò)頻碼如果沒(méi)有嚴(yán)格正交，將會(huì)引起用戶之間的相互干擾，即多址干擾。隨著用戶數(shù)的增多，多址干擾的增強(qiáng)，用戶的誤碼性能會(huì)變差。另一方面，移動(dòng)用戶的位置不斷變化及深度衰落的存在，強(qiáng)功率用戶的信號(hào)會(huì)抑制弱功率用戶的信號(hào)，系統(tǒng)性能嚴(yán)重弱化，即所謂的遠(yuǎn)近效應(yīng)，因此抑制MAI和遠(yuǎn)近效應(yīng)以提高系統(tǒng)的性能，增加容量是十分迫切的要求，而多用戶檢測(cè)技術(shù)成為近年來(lái)的主要解決方法之一。
    多用戶檢測(cè)技術(shù)可以充分利用各個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列時(shí)延幅度和相位信息對(duì)各用戶進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，從總體上提高各用戶的性能。它解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問(wèn)題，降低了系統(tǒng)對(duì)功率控制精度的要求，因此可以有效地利用上行鏈路頻譜資源，顯著增加系統(tǒng)容量。在多用戶檢測(cè)中，一類重要的技術(shù)是基于干擾抵消的多級(jí)檢測(cè)。
    本文首先介紹干擾抵消檢測(cè)算法，重點(diǎn)分析了PIC的概念。在基于PIC的多級(jí)型多用戶檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明該方案在運(yùn)算復(fù)雜性和系統(tǒng)性能之間取得了良好的折中。

1 并行干擾抵消檢測(cè)算法
    干擾抵消(IC)基本原理是利用已檢測(cè)的信號(hào)重構(gòu)期望用戶的干擾信號(hào)，并從接收信號(hào)中刪除掉。IC包括串行干擾抵消(SIC)和并行干擾抵消(PIC)，所不同的是SIC每次只檢測(cè)一個(gè)用戶，而PIC利用前級(jí)判決的信息構(gòu)造所有用戶的干擾信號(hào)，然后從接收信號(hào)抵消掉干擾信號(hào)，最后判決，因此PIC的處理延遲小，但計(jì)算量大。下面將詳細(xì)介紹PIC的基本原理。
1．1 并行干擾抵消器(PIC)
    并行干擾抵消方案是指抵消工作在并行模式下。對(duì)于傳統(tǒng)的PIC，用戶k在第i級(jí)的判決信號(hào)可以表示為
   
    其中，表示由前一級(jí)獲得的第j個(gè)用戶的符號(hào)估計(jì)值，它可以通過(guò)基于判決的線性過(guò)程或基于匹配濾波的線性過(guò)程來(lái)獲得。第0級(jí)可以通過(guò)匹配濾波器(相關(guān)器)來(lái)得到。多級(jí)PIC的基本原理可以用圖1來(lái)表示。

1．2 選擇性并行干擾消除(S-PIC)
    并行干擾消除(PIC)，是在同一級(jí)檢測(cè)中重構(gòu)出所有用戶信號(hào)，然后從總的接收信號(hào)中減去所有干擾信號(hào)而獲得有用信號(hào)。但是由于第一級(jí)判決輸出只采用一般的檢測(cè)合并技術(shù)(單用戶檢測(cè))而存在MAI，所以不能完全正確的重構(gòu)所有干擾用戶的信號(hào)，導(dǎo)致在進(jìn)行PIC時(shí)，有可能引入新的干擾。在這種情況下，某些用戶在第一級(jí)判決輸出原本正確，但是由于其他用戶的錯(cuò)誤判決，而經(jīng)過(guò)PIC后反而變錯(cuò)。為了避免這一差錯(cuò)，提出了選擇性并行干擾(S-PIC，Selective Parallel Interference Cancellation)，即根據(jù)第一級(jí)檢測(cè)出來(lái)的各個(gè)用戶的可靠性分組，來(lái)決定是否進(jìn)行重構(gòu)，下面介紹其主要思想。
    用戶第一級(jí)檢測(cè)合并后的判決變量，根據(jù)兩個(gè)歸一化的可靠閥值S1，S2(0<S2<S1<1)來(lái)進(jìn)行分組，分組依據(jù)下面的不等式組(其中GMC為擴(kuò)頻碼長(zhǎng))
   
    如果u∈U1，認(rèn)為非?？煽?，這是第一級(jí)判決可以作為最終的判決輸出，不需要做PIC。同時(shí)可以重構(gòu)為干擾信號(hào)被其他的用戶在進(jìn)行PIC運(yùn)算時(shí)引用。如果u∈U2，認(rèn)為部分可靠這時(shí)第一級(jí)判決不可以作為最終的判決輸出，需要進(jìn)一步做PIC來(lái)消除MAI。但可以重構(gòu)為干擾信號(hào)被其他的用戶在進(jìn)行PIC運(yùn)算時(shí)引用。
    如果u∈U3，認(rèn)為十分不可靠，這時(shí)第一級(jí)判決不可以作為最終的判決輸出，需要進(jìn)一步做PIC來(lái)消除MAI。而且因?yàn)榈目煽啃圆?，為了防止給其他可靠性高的用戶引入更大的干擾，不再重構(gòu)為干擾信號(hào)而被其他的用戶在進(jìn)行PIC運(yùn)算時(shí)引用。

    如表1所示，U1組內(nèi)的用戶不用再做PIC，U3組內(nèi)的用戶不再進(jìn)行重構(gòu)，只有U2組內(nèi)的用戶進(jìn)行常規(guī)的PIC檢測(cè)。所以S-PIC在PIC的基礎(chǔ)上，大大降低了接收機(jī)的計(jì)算復(fù)雜度。所面臨的任務(wù)就是如何選擇最佳的閥值S1、S2，使得系統(tǒng)的平均誤碼率最小。

2 基于HC的多級(jí)檢測(cè)方法
    多級(jí)檢測(cè)的概念一開(kāi)始是出現(xiàn)在DS-CDMA系統(tǒng)的多用戶系統(tǒng)中，其基本思想是：先由前一級(jí)獲得數(shù)據(jù)和干擾的初步估計(jì)，然后在后一級(jí)消除對(duì)干擾的估計(jì)，從而提高檢測(cè)的可靠性。
    針對(duì)多址干擾(MAI)，研究由各種單用戶檢測(cè)方法組合而成的多級(jí)檢測(cè)技術(shù)，基于PIC的MC-CDMA系統(tǒng)多級(jí)檢測(cè)原理框圖如圖2所示。

    為不失一般性，設(shè)第0個(gè)用戶為期望用戶，對(duì)初始級(jí)，采用SUD得到數(shù)據(jù)判決值為

    初始數(shù)據(jù)估計(jì)非常重要，初始數(shù)據(jù)估計(jì)不準(zhǔn)確，會(huì)引起誤差傳播效應(yīng)。同時(shí)，PIC的性能很容易受到干擾信號(hào)估計(jì)偏差的影響。

3 仿真分析
    圖3描述了幾種檢測(cè)方式的誤碼率。如圖3可見(jiàn)，這幾種檢測(cè)方式的誤碼率都是隨著信噪比的增大而減小。其中匹配濾波器的誤碼率最大。其余3種檢測(cè)方式的誤碼率均小于匹配濾波器。

    如圖4可見(jiàn)，隨著用戶數(shù)目增加，這幾種檢測(cè)方式的誤碼率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。其中匹配濾波器的誤碼率最大。其它三種檢測(cè)合并技術(shù)的誤碼率小于匹配濾波器的誤碼率。在小信噪比時(shí)，MMSE，SIC，PIC的誤碼率較為接近，隨著用戶數(shù)目的增加，最小均方誤差的誤碼率大于串行干擾抵消和并行干擾抵消的誤碼率。當(dāng)信噪比達(dá)到某值時(shí)，匹配濾波器的誤碼率最大，而并行干擾抵消的誤碼率最小，是最優(yōu)的多用戶檢測(cè)技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)
    本文采用多級(jí)型多用戶檢測(cè)技術(shù)，引入并行干擾抵消技術(shù)，充分利用各個(gè)用戶的擴(kuò)頻序列時(shí)延幅度和相位信息對(duì)各用戶進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)，抑制MAI和遠(yuǎn)近效應(yīng)以提高系統(tǒng)的性能。通過(guò)仿真驗(yàn)證，相對(duì)于其他檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)信噪比增大時(shí)，并行干擾抵消(PIC)的誤碼率最小，使系統(tǒng)性能得到很好的改善，是最優(yōu)的多用戶檢測(cè)技術(shù)。但隨著級(jí)數(shù)的更加，系統(tǒng)性能的優(yōu)化越來(lái)越小，且相應(yīng)的運(yùn)算復(fù)雜性越來(lái)越高，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，進(jìn)行到三級(jí)PIC即可。