联合检测技术

  the technology of united detection
  一、什么是联合检测技术
  联合检测是多用户检测(Multi-user Detection)的一种。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的,接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测技术和多用户检测技术两种。
  在实际的CDMA移动通信系统中,由于各个用户信号之间存在一定的相关性,这就是多址干扰(MAI)存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小,可是随着用户数的增加或信号功率的增大,MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的CDMA系统信号分离方法是把MAI看作热噪声一样的干扰,导致信噪比严重恶化,系统容量也随之下降。这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测(Single-user Detection)。IS-95等第二代CDMA系统实际容量远小于设计码道数,就是因为使用了单用户检测技术。实际上,由于MAI中包含许多先验的信息,如确知的用户信道码,各用户的信道估计等等,因此MAI不应该被当作噪声处理,它可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法称为多用户检测技术(MD)。根据对MAI处理方法的不同,多用户检测技术可以分为干扰抵消(Interference Cancellation)和联合检测(Joint Detection)两种。其中,干扰抵消技术的基本思想是判决反馈,首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据,根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号,再从总接收信号中减去重构信号,如此循环迭代。
  联合检测技术则指的是充分利用MAI,一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术。
  二、联合检测技术分析
  联合检测是多用户检测(Multi-user Detection)的一种。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的,接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测技术和多用户检测技术两种。
  在实际的CDMA移动通信系统中,由于各个用户信号之间存在一定的相关性,这就是多址干扰(MAI)存在的根源。由个别用户产生的MAI固然很小,可是随着用户数的增加或信号功率的增大,MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的CDMA系统信号分离方法是把MAI看作热噪声一样的干扰,导致信噪比严重恶化,系统容量也随之下降。这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测(Single-user Detection)。IS-95等第二代CDMA系统实际容量远小于设计码道数,就是因为使用了单用户检测技术。实际上,由于MAI中包含许多先验的信息,如确知的用户信道码,各用户的信道估计等等,因此MAI不应该被当作噪声处理,它可以被利用起来以提高信号分离方法的准确性。这样充分利用MAI中的先验信息而将所有用户信号的分离看作一个统一的过程的信号分离方法称为多用户检测技术(MD)。根据对MAI处理方法的不同,多用户检测技术可以分为干扰抵消(Interference Cancellation)和联合检测(Joint Detection)两种。其中,干扰抵消技术的基本思想是判决反馈,首先从总的接收信号中判决出其中部分的数据,根据数据和用户扩频码重构出数据对应的信号,再从总接收信号中减去重构信号,如此循环迭代。
  联合检测技术则指的是充分利用MAI,一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术,它已成为目前第三代移动通信技术中的热点。
  传统的检测技术完全按照经典直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频码匹配处理,其接收端用一个和发送地址码(波形)相匹配的匹配滤波器(相关器)来实现信号分离,在相关器后直接解调判决。如果匹配滤波采用的是结合了信道响应的相关波形,相当于是RAKE接收机,实现了利用多径响应的作用。这种方法只有在理想正交的情况下,才能完全消除多址干扰的影响,对于非理想正交的情况,必然会产生多址干扰,从而引起误码率的提高。TD-SCDMA系统中采用的联合检测技术是在传统检测技术的基础上,充分利用造成MAI干扰的所有用户信号及其多径的先验信息,把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成,从而具有优良的抗干扰性能,降低了系统对功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源,显著地提高系统容量。
  联合检测的目的就是根据上式中的A和e估计出用户发送的原始信号d。A由所有用户的扩谱码以及信道冲激响应决定,因此联合检测算法的前提是能得到所有用户的扩谱码和信道冲激响应。TD-SCDMA系统中在帧结构中设置了用来进行信道估计的训练序列Midamble,根据接收到的训练序列部分信号和我们已知的训练序列就可以估算出信道冲激响应,而扩谱码也是确知的,那么我们就可以达到估计用户原始信号d的目的。
  联合检测算法的具体实现方法有多种,大致分为非线性算法、线性算法和判决反馈算法等三大类。根据目前的情况,在TD-SCDMA系统中采用了线性算法中的一种,即迫零线性块均衡(ZF-BLE)法。
  随着算法和相应基带处理器处理能力的不断提高,联合检测技术的优势也会越来越显著。经过大量的仿真计算和实际的现场实验,我们发现使用联合检测技术可以为系统带来了以下好处:
  降低干扰。联合检测技术的使用可以降低甚至完全消除MAI干扰。
  扩大容量。联合检测技术充分利用了MAI的所有用户信息,使得在相同RAW BER的前提下,所需的接收信号SNR可以大大降低,这样就大大提高了接收机性能并增加了系统容量。
  削弱“远近效应”的影响。由于联合检测技术能完全消除MAI干扰,因此产生的噪声量将与干扰信号的接收功率无关,从而大大减少“远近效应”对信号接收的影响。
  降低功控的要求。由于联合检测技术可以削弱“远近效应”的影响,从而降低对功控模块的要求,简化功率控制系统的设计。通过检测,功率控制的复杂性可降低到类似于GSM的常规无线移动系统的水平。
  联合检测技术已成功的应用于TD-SCDMA系统,该技术在TD-SCDMA系统中的成熟性和可应用性是没有问题的。
  三、联合检测技术对网络成本的影响
  联合检测技术在改善系统性能的同时还将对降低无线网络成本起到很大的作用,这主要体现在以下几个方面。
  第一,由于联合检测技术可以降低干扰,因而提高了系统的容量。特别是对于容量受限的系统来讲,将减少基站设备的个数,因而大大降低整个网络的成本。
  第二,联合检测技术可以削弱″远近效应″的影响,从而降低对功控的复杂度。这种复杂度的降低从某种程度上也可以减少对该模块的投入,从而降低整个网络的成本。
  总之,联合检测技术的优越性在于它充分利用了所有和MAI相关的先验信息,通过与其它先进技术如智能天线技术相结合,达到相辅相成的效果。它不仅提高了频率的利用率,改善了系统性能,同时还降低了网络成本。作为TD-SCDMA系统的一个重要组成部分,联合检测技术必将能给运营商带来极佳的经济效益。

自定义分类:
通信
 
参考资料:
1.《通信世界报》
 
贡献者:
家园副管03
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