一种DS/CDMA系统中的多用户信号检测方法及检测器

摘要

通过软判决和判决反馈技术将解相关检测器(Decorrelated detector)和传统检测器(Conventional detector)有机地结合到一起,构造了一种应用于DS/CDMA系统的新型的多用户信号检测器,我们称之为组合式多用户信号检测器。它吸取了两种检测器的长处,并弥补了它们的不足。检测器由四个支路和六个单元构成,四个支路分别是传统检测支路、软判决解相关检测支路、信号能量估计支路和判决反馈支路,六个单元分别是匹配滤波单元、延迟单元、信号能量估计单元、软判决解相关检测单元、多址干扰消除单元和硬判决单元。传统检测支路和解相关检测支路通过判决反馈支路相连。

说明书

(一)技术领域：

本发明属于DS/CDMA通信技术领域，尤其涉及DS/CDMA通信系统中的组合式多用户信号检测器及方法。

(二)背景技术：

DS/CDMA作为主流的多址接入方式在多址通信技术的发展中占据重要的位置。但是，DS/CDMA系统是自干扰系统，随着系统中用户数或业务量的增加，多址干扰越来越严重。采用多用户信号检测器替代传统的单用户信号检测器，将有效地抑制多址干扰。因此目前已提出了各种各样的多用户信号检测器。

(三)发明内容：

本发明提出的组合式多用户信号检测器，如图1所示，由四个支路和六个单元构成，四个支路分别是传统检测支路、解相关检测支路、信号能量估计支路和判决反馈支路，六个单元分别是匹配滤波单元、延迟单元、信号能量估计单元、解相关检测单元、多址干扰消除单元和硬判决单元。其中，传统检测支路和解相关检测支路通过判决反馈支路相连。

接收各用户的基带扩展信号r(t)；用匹配滤波器组对接收到的扩频信号进行解扩并获取充分统计量X；将采样信号经传统检测之路、信号能量估计之路和软判决解相关检测之路分别送入延迟单元、信号能量估计单元和软判决解相关检测单元；传统检测支路上的延迟单元用于等待软判决解相关检测单元的检测结果；软判决解相关检测单元由解相关单元和软判决单元构成；它首先对X进行解相关操作，生成新的充分统计量Y，再对Y进行软判决，得到检测结果b^*；b^*由判决反馈支路输入多址干扰消除单元；多址干扰消除单元利用软判决解相关检测单元的检测结果对其他用户(软判决解相关信号检测单元未能检测到的用户)的充分统计量进行去多址干扰处理；硬判决单元对多址干扰消除单元的输出进行硬判决，得到软判决解相关信号检测单元未能检测到的用户的信息比特。

本发明有益效果：有效抑制多址干扰。

(四)附图说明：图1为组合式多用户信号检测器结构图；图2软判决解相关检测单元结构图。

(五)具体实施方式：

下面结合附图详述实施方式

输入信号r(t)基带扩展信号 _k∈{±1}表示第k个用户在[iT，(i+1)T]区间上的信息比特；

S_k(t)表示第k个用户的能量归一化扩频信号，

n(t)表示来自信道的加性高斯白噪声，均值为0，方差为σ²；

w_k表示第k个用户的码元能量；

K是用户数；

T是信息比特周期。定义1归一化互相关矩阵：

   R＝(r_i，j)∈M_K(R)，

   R表示实数，M_K(R)表示实数域上的K阶矩阵。定义2能量矩阵：W＝(W_i，j)∈M_K(R)，其中R表示实数，M_K(R)表示实数域上的K阶矩阵。定义3信息矢量：

b＝[b₁，b₂，...，b_K]^T    其中b_k∈{-1，+1}

r(t)经过匹配滤波单元生成充分统计量，X＝[x₁，x₂，...，x_K]^T

X＝RWb+nn＝[n₁，n₂，...，n_K]^T是K维高斯噪声，其均值为[0，0，...，0]^T，协方差矩阵为σ²R这个充分统计量X分两路分别流入传统检测支路、能量估计支路和解相关信号检测支路。在传统多用户信号检测支路有一个延迟单元，它用于等待能量估计单元的估计结果W^*＝[w₁^*，w₂^*，...，w_k^*]^T和软判决解相关检测单元的检测结果b^*＝[b₁^*，b₂^*，...，b_K^*]^T。解相关信号检测单元，如图2，它由解相关单元和软判决单元构成。它首先对X进行解相关操作，生成新的充分统计量Y＝[y₁，y₂，...，y_K]^T，

Y＝Wb+R^-1n

 ＝Wb+v其中，v是K维高斯噪声，其均值为[0，0，...，0]^T，协方差矩阵为σ²R′，其中R′是R的逆阵，即R′＝R^-1，其元素我们用r′_i，j来表示。再对Y进行软判决，得到检测结果b^*＝[b₁^*，b₂^*，…，b_K^*]^T。b^*由判决反馈支路输入多址干扰消除单元。显然，由于解相关信号检测单元采用软判决替带了硬判决，所以有些用户的信息比特无法由解相关信号检测单元检测到。检测这部分用户信息比特的任务就由多址干扰消除单元和硬判决单元来完成。多址干扰消除单元利用解相关检测单元的检测结果对其他用户(解相关检测单元未能检测到的用户)的充分统计量进行去多址干扰处理。硬判决单元对多址干扰消除单元的输出进行硬判决，得到解相关信号检测单元未能检测到的用户的信息比特。在解相关信号检测单元用软判决替带硬判决的道理。其道理在于：通过给予一定的漏检测率，降低已检测信息的错误率。

如图2，解相关操作之后，第k个用户的新的统计量为： $>>>y>k>>=>>>w>k>>>>b>k>>+>>v>k>>>>若对其进行硬判决，即$ >sup>>b>k>*sup>>=>sgn>>(>>y>k>>)>>>>那么，其误比特率为：$ >sup>>BER>k>>(>1>)>sup>>=>Q>>(>>>>w>k>>>>\sigma >2>>>r>>k>,>k>>>>>>)>>>>其中，$ >>Q>>(>x>)>>=>>1>>2>\pi >>sup>>\int >x>\infty sup>>exp>>(>->>>y>2>>2>>)>>dy>>>若对其进行软判决，即$$$$

其中ξ_k≥0为软判决门限，则，其误比特率为： $>sup>>BER>k>>(>2>)>sup>>=>Q>>(>>>>>w>k>>>+>>\xi >k>>>>\sigma >>>r>>k>,>k>>>>>>)>>>>显然，BER$_k⁽¹⁾＞BER_k⁽²⁾，即，软判决的误比特率要比硬判决的小。与硬判决不同，软判决有漏检测率，即未能检测到的概率。用户k的漏检概率为： $>>>P>k>>=>Q>>(>>>>>w>k>>>->>\xi >k>>>>\sigma >>>r>>k>,>k>>>>>>)>>->Q>>(>>>>>w>k>>>+>>\xi >k>>>>\sigma >>>r>>k>,>k>>>>>>)>>>>在多址干扰消除单元中，输入信号为：$ >>>x>k>>=>>>w>k>>>>b>k>>+>>\Sigma >>>i>=>1>>>i>\ne >k>\; >K>>>>w>i>>>>b>i>>>r>>i>,>k>>>+>>n>k>>->->->->k>=>1,2>,>.>.>.>,>K>>>和W*＝[w$$₁^*，w₂^*，...，w_K^*]^T、b^*＝[b₁^*，b₂^*，...，b_K^*]^T输出信号为： $>>>z>q>>=>>>w>q>>>>b>q>>+>>\Sigma >>i>=>1>>K>>>(>>>w>i>>>>b>i>>->sup>>w>i>*sup>>sup>>b>i>*sup>>)>>>r>>i>,>q>>>+>>n>q>>->->->->q>=>\{>i>=>1,2>,>.>.>.>,>K>/sup>>b>i>*sup>>=>0>\}>>>其中，b$_i^*为从判决反馈支路传过来的解相关信号检测单元的检测结果。在上式中，若b_i^*＝b_i(正确检测情况)，则z_k(k≠i)中由用户i带来的多址干扰被消除，对提高b_k^*(k≠i)的正确检测率有益；若b_i^*＝0(漏检测情况)，则z_k(k≠i)中由用户i带来的多址干扰没有变化，对b_k^*(k≠i)的正确检测无影响；若b_i^*＝-b_i(错误检测情况)，则z_k(k≠i)中由用户i带来的多址干扰被加倍，对b_k^*(k≠i)的正确检测有害。由此可见，解相关信号检测单元的检测结果中宁可增加一些漏检测率也尽量避免错误检测率。用软判决替带硬判决正好适应了这种要求，这也就是在解相关信号检测单元中用软判决而不用硬判决的道理所在。

最后，硬判决单元对z_q进行二值判决，其中q＝{i＝1，2，...，K/b_i^*＝0}

当ξ_k(k＝1，2，...，K)足够大时，解相关信号检测支路的检测结果全部为0，信号检测的任务完全由传统多用户信号检测支路承担，此时组合式多用户信号检测器退化为传统多用户信号检测器；当ξ_k＝0(k＝1，2，...，K)时，解相关信号检测支路的检测结果中无0出现，信号检测的任务完全由解相关信号检测支路承担，这时组合式多用户信号检测器退化为解相关检测器。