信号检测_24_多用户检测_MMSE检测器
多用户检测的发展现状和分类
业
Ｑ：！ Ｑ
学 术 论 坛
多用 户检 测 的发 展 现状 和 分 类
张银 玲 杨红英 张勇 （ 解放 军蚌埠坦 克学院 实验 中心 安徽蚌 埠 ２ ３ １ ） ３ ０ ３
用 户检 测 的 广 泛 研 究 。
解 相关 判决 反馈 检测 器 由Ｄ ｅ ｕ ｌ ｌ ｎ 进一 步 实用 化 。 ａ ｇ １ ９ 年 提 出 了基 于 Ｈａｌ ｅ Ｗ ｎ 于 ９８
大 地 提 高 系统 容 量 ， 此 ， 们开 始 了对 多 Ａ于 １ ９ 年 提 出 ， 先 对 接 收 信 号 进 行 线 子 空 间 跟 踪 的 盲 多 用 户 检 测 算 法 一 一 从 人 ９３ 首
杂度 却 是 随 着 系统 用 户 数 的 增加 呈指 数 关 序 进 行 串行 干 扰 抵 消 ， 终 达 到 抑 制 多址 最 系增 长 的 ， 系统 用 户 数 目较 大 时 运 算 量 干 扰 的 目 的 。 当
相 当 的 大 ， 对 于 硬 件 的 实 现 来 说 几 乎 是 这 不 可 能的 。 以 ， Ｖ ｒ ｕ 后 ， 们便 把 研 扰 抵 消（ ｉ ） 法 ， 用 多 级 非 线性 结 构 来 所 继 ｅｄ 之 人 ｓｃ算 采 究 的 重 点集 中在 各 种 次 优 多 用 户检 测 方 法 消除 多址干 扰 。 后 ， １ ９ 年Ｖ ｒ ｎ ｓ 出 随 在 ９ ０ ａ ａ ａｉ 提 上 优 于 传统 检 测 器 的 检 测 方法 ， 样 便 于 线 性 多 级 检测 ） 它主 要 的 想 法是 将 最 大 似 这 ， 硬 件 上 的 实 现 ， 以 加 快 投 入 实 际应 用 的 然 多 用 户检 测 技 术应 用 到 每 一 级 中 。 的 可 它 步伐。 此后 的 一 段 时 间 ， 们 的研 究主 要 是 缺 点 是 要求 上 一 级 得到 的判 决 信 号 比较 准 人 集 中在 ＡＷＧ Ｎ信 道 下 的 ， 解相 关 检 测器 、 匹 确 ， 且 ， 而 级数 越 多 ， 时延 越大 。 ｉｓ ｌｒ Ｄ ｖ ａ 等于 ａ
基于MMSE的迭代多用户检测器的性能分析与仿真
进 行 随机交 织 ， 以分 散 可能 出现 的突 发错 误 ， 后进 然 行 Ｂ Ｓ 调 制 、 序 扩 频 之 后送 入 信 道 。则 第 奄 ＰＫ 直
个 用户 的传 输 信号 可 以表示 为
Ｍ－Ｉ ＾
（ 一Ａ ： （ ．￡ ￡ ） ｂ ） ） （
（ 过交 织／ 交织 传 递反 映 通 解 比特位可 信度 的“ 信息 ”经过 迭代 后再 做 出判决 。 软 ， 文献 ［］ ４ 中提 出的低 复杂 度 的软 ＭＭＳ Ｅ干扰 消除 方 法， 大大优 化 了最优 多用 户检 测 在 复 杂 度 和 实 现性 （ ＭＵＤ 和译 码器 间 的接 口） 面存 在 的问题 。本 文 方 中我们在 文 献 ［ ］ ４ 的基 础 上 ， 基 于 数 据 处 理 不 等 对
Ｆ ｇ １ Ｔｒ ｎ ｍｉｔ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ — ｉ ． ａ ｓ ｔｅ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ＤＳ ＣＤＭ Ａ ｙ ｔ ｍ ｓ ｓｅ
者 迭代 （ ｕｂ ） 现等 优 点 ， 而 在 Ｃ Ｔ ｒｏ实 从 ＤＭＡ 系统 中 得 到 了广泛 的应用 。文献 ［］ １～文 献 １］ 加性 高斯 － 对 ３
式， 从互 信 息 的 角 度 得 出 采 用 软 干 扰 消 除 技 术 的 ＭＭＳ Ｅ迭代多 用户 检测 器 为渐进 最 优 ， 并将 误 比特 率 （ Ｅ 引入 到渐 近 效 率 中 ， 到 了用 来 估 计 迭 代 Ｂ Ｒ） 得
（ ）式 中 ， ＝ Ｎ／ 为每用 户 帧所 含 编 码 比特数 ， １ Ｍ Ｒ Ｎ 为每用 户 帧所含 信 息 比特数 ； 和 ５ （）分别 为 Ａ ￡ 信号 幅度 和扩 频后 归 一 化 的 信号 波形 。 假设 第 ｋ个 用 户 的信 号 （）经 过 多径 信 道 传 输 时 ， 道 的 冲 ￡ 信
MMSE白化技术在NMM信号多用户检测中的应用
ＭＭＳＥ白化技术在ＮＭＭ信号多用户检测中的应用作者：江慧琴黄翠兰来源：《现代电子技术》2008年第17期摘要：介绍了MMSE白化技术在非正交多脉冲调制信号的非相干解相关多用户检测中的应用。
如果直接对正交多脉冲调制信号进行非相干解相关多用户检测，虽然能将多用户问题转换成单用户问题，但会造成高斯噪声加强，若直接对信号进行判决，必然会影响判决的准确性，故尝试将白化技术应用在此，在解相关后，先将噪声进行 MMSE最优白化变换，使其互不相关，再将多用户信道分解成单用户信道，能够有效地改善系统性能。
关键词：MMSE白化;非正交多脉冲调制;误码率;多用户检测中图分类号：TN911 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1700703Application of MMSE Whiteningin Multi-user Detection forNonorthogonal Multipulse Modulation SignalJIANG Huiqin,HUANG Cuilan(Xiamen University of Technology,Xiamen,361024,China)Abstract：This paper intuoduces the application of MMSE whitening and subspace whitening in noncoherent decorrelative detection for nonorthogonal multipulse modulation .The noncoherent decorrelative detection for nonorthogonal multipulse modulation without the application of MMSE whiteningcan reduce the multiuser detection problem into decoupled signal-user problem over equivalent nosie-enhanced signal-user channels.So the technique of MMSE whitening in the detection is applied.It can improve system performance.Keywords：MMSE whitening;NMM;error probability;multi-user detection1 引言随着多用户检测技术研究的深入，对单用户和多用户信道中的NMM(Nonorthogonalc Multipulse Modulation)信号接收机的设计迫在眉睫。
CDMA系统中基于噪声独立分量分析的多用户检测分析
CDMA系统中基于噪声独立分量分析的多用户检测分析作者：张军来源：《电脑知识与技术》2013年第36期摘要：码分多址（CDMA）技术在第三代移动通信中发挥着巨大的作用。
多用户检测（MUD）是消除或减弱CDMA系统中多址干扰的有效手段，也是消除或减弱CDMA中多径衰落干扰的有效手段。
该文通过引入噪声独立分量分析的方法，对CDMA系统的多用户检测技术进行研究。
关键词：码分多址；多用户检测；独立分量分析中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8277-031 扩频通信原理扩频通信系统主要有：跳频扩频系统、直接序列扩频系统、混合扩频系统和跳时扩频系统，其中直接序列扩频系统（DS-CDMA）是应用最广泛的一种扩频系统。
扩展频谱技术是一种信息处理传输技术，将传送的信息数据经伪噪声序列调制，实现频谱的扩展之后再进行传输，接收端采用相同的伪噪声序列进行相关的处理及解调，最后恢复出原始信息数据。
由于采用了伪随机编码作为扩频调制的基本信号，使它具有抗干扰能力强，发射功率谱密度比一般的低，具有低截获率，不易被发现，并且对其他通信影响小，能实现码分多址功能和任意选址等优点。
在DS-CDMA传输系统中，首先利用扩频序列对将所传输的信息进行扩频调制实现扩频，再通过载波进行传输，当接收端在接受信号时，采用相同的扩频码进行解扩解调，来获得所传输的信号。
DS-CDMA中同步CDMA，若用户数为K，那么接收的信号可表示为：[y（t）=k=1KAkbksk（t）+σ n（t）] [t∈[0，T]] （1）[sk（t）]为第[k]个用户所使用的扩频信号：[sk（t）=i=1Cc（i）kg（t-iTc）] [t∈[0，T]] （2）[Ak]是接收到的幅度，[bk ∈ -1，+1]所传递的信息位。
[σ]是噪声的幅度，[n（t）]是高斯白噪声它的性质是，功率谱密度为1。
此时，如果带宽是[B]，那么噪声功率就为[2σ2B]。
第三代移动通信中的多用户检测技术
其中，。等式(3)中的第二项为多址干扰项。传统检测器没有考虑多址干扰的影响，当干扰用户数量增加时，多址干扰也会增加，尤其是当存在远近效应时，目标用户较弱的信号可能会被其他用户较强的信号淹没。为了消除多址干扰和远近效应，提出了多用户检测的概念。
将等式(3)写为矩阵形式是由K个相关器组成的。相关检测器可以由匹配滤波器代替，所以又称为匹配滤波检测器。CDMA工作原理的核心在于伪随机码(Pseudo Noise Code，PN码)的相关性，用公式表示为:
设互相关矩阵为R，则有R={ρij}:。所以第k个用户的相关器输出为:
(2)MMSE多用户检测
使用最小均方误差准则，可以得到MMSE多用户检测。MMSE检测也是对匹配滤波器的输出进行线性变换。由于MMSE准则是使得均方误差最小，所以可以求得线性变换为:
MMSE检测器在消除多址干扰和不增强背景噪声之间进行了折衷。考虑LMMSE和R-1之间的差别可以看出，MMSE对相关矩阵进行的是部份或修正取逆，修正的大小与背景噪声的大小成反比，噪声越大，相关矩阵的不完全取逆越重，这样就避免了加强噪声。MMSE类似于抗ISI的MMSE线性均衡器。
第三代移动通信系统是按照国际电联(International Telecommunication Union，ITU)提出的IMT-2000标准进行设计的新一代移动通信系统，简称为3G(The Third Generation)系统。事实上，国际电联(ITU)早在1985年就提出了第三代移动通信系统的概念，当时称为未来公共陆地移动通信系统(FPLMTS)，后考虑到该系统预计在2000年左右成型，且主要工作于2000Mhz频段，故日本等国家建议更名为国际移动电信系统，即IMT-2000。三代移动通信系统有以下特点:
基于MMSE检测的MIMO及大规模MIMO系统性能精确分析
2. 推导MMSE检测算法的表达式。
3. 分析MMSE检测算法在不同系统配置下的性 能，包括信噪比、多径效应等。
4. 与现有算法进行性能比较，评估MMSE检 测算法的优势和局限性。
02
基于mmse检测的 mimo系统性能分析
mimo系统基本原理
多入多出（MIMO）技术
利用多个发射和接收天线同时传输数据，提高 系统容量和可靠性。
02
缺乏关于MMSE检测算法在 MIMO和大规模MIMO系统中 性能的精确分析。
03
现有研究主要集中在其他检测 算法或简化模型的分析上。
研究目标与内容
研究目标：分析MMSE检测算法在MIMO和大 规模MIMO系统中的性能表现，并与现有算法 进行比较。 研究内容
1. 建立MIMO和大规模MIMO系统的数学模型。
系统性能仿真与分析
仿真场景设置
设定不同的信道条件、发射和接收天 线数量、调制阶数等参数，构建系统
模型。
系统容量性能分析
分析不同仿真场景下系统的容量性 能，比较不同检测算法的优劣。
误码率（BER）性能分析
分析不同仿真场景下系统的误码率 性能，验证MMSE检测算法的有效 性。
对比分析
将基于MMSE检测的MIMO系统与 传统的单天线系统进行对比分析， 评估其性能优势。
硬件限制
大规模MIMO系统的硬件限制问题，如通道非理想情况 、高功率放大器等，需要采用预编码、功率控制等技术 进行优化。
基于mmse检测的优化算法设计
MMSE检测器设计
根据MMSE准则，设计出适合MIMO系 统的检测器，能够有效地降低误码率。
VS
优化算法
采用优化算法，如梯度下降法、牛顿法等 ，对检测器参数进行迭代优化，提高系统 性能。
多维信号处理技术在通信中的应用
多维信号处理技术在通信中的应用引言近年来，随着信息技术的飞速发展，通信领域对高效、高速传输大量数据的需求也日益增长。
多维信号处理技术作为一种有效的信息处理手段，逐渐在通信中得到了广泛应用。
本文将探讨多维信号处理技术在通信领域中的应用，并划分为以下几个章节，即信号压缩与编码、信道估计与均衡、调制与解调、多用户检测和多输入多输出（MIMO）系统。
一、信号压缩与编码在通信过程中，信号的压缩与编码是非常重要的环节。
多维信号处理技术可以通过优化压缩算法、提高编码效率和降低信号传输所需的带宽。
例如，利用小波变换可以对信号进行分解和压缩，从而提高信号的压缩效率。
此外，针对图像信号的编码，多维信号处理技术还包括离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）和离散傅里叶变换（DFT）等。
二、信道估计与均衡信道估计和均衡是在无线通信中解决多径干扰和频谱衰减等问题的关键技术。
多维信号处理技术可以通过估计信道的衰落系数，实现对信道状态的准确描述，从而提高信号传输的可靠性和性能。
其中，最小二乘估计（LS）和最小均方误差（MMSE）等算法是常用的信道估计方法。
三、调制与解调调制和解调是通信领域中的核心环节，它负责将模拟信号转变为数字信号，并实现信号的传输和恢复。
多维信号处理技术可以通过调制解调技术，包括正交频分复用（OFDM）、多载波调制（MCM）和正交码分多址（CDMA）等，实现高效、高速的信号传输。
此外，多维信号处理技术还可以提高信噪比，降低误码率，从而提高通信系统的可靠性和性能。
四、多用户检测多用户检测是在多用户通信系统中解决同步干扰和多路径干扰问题的关键技术。
多维信号处理技术可以通过多维信号检测算法，例如最大似然检测（MLD）和线性最小均方误差（LMMSE）等，实现对多用户信号的分离和恢复。
通过降低干扰和提高系统容量，多用户检测可以显著提高通信系统的性能。
五、多输入多输出（MIMO）系统多输入多输出系统是当前通信领域中的热门技术，它通过利用多个天线进行信号的传输和接收，可以提高信号的传输速率和系统容量。
多用户环境下的多址干扰抑制技术研究
多用户环境下的多址干扰抑制技术研究一、多址干扰抑制技术概述在多用户通信系统中，多址接入技术是实现多个用户共享有限频谱资源的关键技术。
然而，随着用户数量的增加，多址干扰（MAI）成为了影响系统性能的主要因素之一。
多址干扰抑制技术旨在减少或消除多址干扰，提高系统容量和用户服务质量。
本文将探讨多用户环境下的多址干扰抑制技术，分析其重要性、面临的挑战以及可能的解决方案。
1.1 多址干扰的成因与影响多址干扰是由于多个用户同时在同一频率上发送信号，导致接收端无法区分这些信号而产生的干扰。
这种干扰会降低信号的信噪比，增加误码率，从而影响通信系统的性能。
在多用户环境下，随着用户数量的增加，多址干扰的影响变得更加显著。
1.2 多址干扰抑制技术的应用场景多址干扰抑制技术在多种通信系统中都有应用，包括但不限于：- 蜂窝移动通信系统：如LTE、5G等，需要处理大量用户的接入和通信需求。
- 卫星通信系统：在有限的频谱资源下，需要有效管理多用户接入。
- 无线局域网（WLAN）：在高密度用户环境中，多址干扰抑制技术有助于提高网络容量和用户服务质量。
二、多址干扰抑制技术的研究进展为了有效抑制多址干扰，研究人员提出了多种技术方案。
这些技术方案可以从信号处理、网络设计、资源分配等多个角度出发，以提高系统的抗干扰能力。
2.1 信号处理技术信号处理技术是抑制多址干扰的重要手段。
通过先进的信号处理算法，可以在接收端区分并消除多址干扰，提高信号的识别率。
常见的信号处理技术包括：- 多用户检测（MUD）：通过联合检测多个用户的信号，减少多址干扰的影响。
- 干扰消除技术：如干扰消除多用户检测（IED）、最小均方误差（MMSE）等，通过优化算法减少干扰。
- 波束成形技术：通过调整天线阵列的相位，形成指向特定用户的波束，减少对其他用户的干扰。
2.2 网络设计技术网络设计技术通过优化网络结构和拓扑，减少多址干扰的产生。
这些技术包括：- 网络拓扑优化：设计合理的网络拓扑，减少用户间的相互干扰。
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回顾：解相关线性检测器
解相关线性检测器：
预备知识：正交的定义
实数向量
实波形信号随机变量ຫໍສະໝຸດ (即x, y 统计不相关)
预备知识：投影定理(1)
考察一个 N 维向量空间 ，其中 代 表实数集合。假定 为 的一个 子空间。则对于任意 ，都存在唯 一的 ，其为优化问题
的解，获得 的充要条件是：
用户2检测器
用户K检测器
每个用户拥有自己独立的检测器，对应L的一行。 因此，对每个用户独立的进行最小化MSE，就等价于
线性MMSE检测器(3)
为L的第k行。
线性MMSE检测器(4)
K × K个
线性MMSE检测器(5)
线性MMSE检测器(6)
线性MMSE检测器(7)
解读MMSE检测器(1-1)
预备知识：投影定理(2)
预备知识：投影定理应用于随机变量
考察零均值高斯随机变量 . 如果使用零 均值高斯变量 的线性组合来 近似 。那么对于任意 , 都存在唯一的 最好的近似 ，其为优化问题
的解，获得 的充要条件是： 即
线性MMSE检测器(1)
利用投影定理求解！
线性MMSE检测器(2)
用户1检测器
内容提要
引言 同步与异步多用户检测模型 二用户系统最大似然检测 解相关检测 MMSE检测 串行干扰消除检测 并行干扰消除检测
回顾:上行同步码分多址通信系统模型
相关器1
相关器2
多 用 户 检 测 器
判决器1
判决器2
…
…
相关器K
…
判决器K
…
回顾:多用户检测器类型
多用户检测器
投影定理： 求导方法：
解读MMSE检测器(1-2)
对矩阵的迹的一阶求导 对矩阵的迹的二阶求导
解读MMSE检测器(2)
• 解相关检测器
– 估计结果：
无偏估计
• MMSE检测器
– 估计结果
有偏估计
– 噪声影响：
– 噪声影响：
噪声功率趋于0时退化 为解相关检测器
– 优化目标
– 优化目标
谢谢
非线性检测器
最大似然 干扰消除 检测器 检测器 其它 检测器
线性检测器
解相关 检测器 MMSE 检测器
串行干扰 消除
并行干扰 消除
回顾: 码分多址系统的线性检测器
线性检测器的定义：
第一步： 利用线性算子(矩阵)L对匹配滤波器组的输出 进行处理 第二步： 直接判决
如果sgn()作用于向量，即对向量的每个元素 分别进行判决