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聯合檢測技術

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聯合檢測是多用戶檢測(Multi-user Detection)的一種。CDMA系統中多個用戶的信號在時域和頻域上是混疊的,接收時需要在數字域上用一定的信號分離方法把各個用戶的信號分離開來。

the technology of united detection
一、什麼是聯合檢測技術
信號分離的方法大致可以分為單用戶檢測技術和多用戶檢測技術兩種。
在實際的CDMA移動通信系統中,由於各個用戶信號之間存在一定的相關性,這就是多址干擾(MAI)存在的根源。由個別用戶產生的MAI固然很小,可是隨著用戶數的增加或信號功率的增大,MAI就成為寬頻CDMA通信系統的一個主要干擾。傳統的CDMA系統信號分離方法是把MAI看作熱雜訊一樣的干擾,導致信噪比嚴重惡化,系統容量也隨之下降。這種將單個用戶的信號分離看作是各自獨立的過程的信號分離技術稱為單用戶檢測(Single-user Detection)。IS-95等第二代CDMA系統實際容量遠小於設計碼道數,就是因為使用了單用戶檢測技術。實際上,由於MAI中包含許多先驗的信息,如確知的用戶通道碼,各用戶的通道估計等等,因此MAI不應該被當作雜訊處理,它可以被利用起來以提高信號分離方法的準確性。這樣充分利用MAI中的先驗信息而將所有用戶信號的分離看作一個統一的過程的信號分離方法稱為多用戶檢測技術(MD)。根據對MAI處理方法的不同,多用戶檢測技術可以分為干擾抵消(Interference Cancellation)和聯合檢測(Joint Detection)兩種。其中,干擾抵消技術的基本思想是判決反饋,首先從總的接收信號中判決出其中部分的數據,根據數據和用戶擴頻碼重構出數據對應的信號,再從總接收信號中減去重構信號,如此循環迭代。
聯合檢測技術則指的是充分利用MAI,一步之內將所有用戶的信號都分離開來的一種信號分離技術。
二、聯合檢測技術分析
傳統的檢測技術完全按照經典直接序列擴頻理論對每個用戶的信號分別進行擴頻碼匹配處理,其接收端用一個和發送地址碼(波形)相匹配的匹配濾波器(相關器)來實現信號分離,在相關器后直接解調判決。如果匹配濾波採用的是結合了通道響應的相關波形,相當於是RAKE接收機,實現了利用多徑響應的作用。這種方法只有在理想正交的情況下,才能完全消除多址干擾的影響,對於非理想正交的情況,必然會產生多址干擾,從而引起誤碼率的提高。TD-SCDMA系統中採用的聯合檢測技術是在傳統檢測技術的基礎上,充分利用造成MAI干擾的所有用戶信號及其多徑的先驗信息,把用戶信號的分離當作一個統一的相互關聯的聯合檢測過程來完成,從而具有優良的抗干擾性能,降低了系統對功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用上行鏈路頻譜資源,顯著地提高系統容量。
聯合檢測的目的就是根據上式中的A和e估計出用戶發送的原始信號d。A由所有用戶的擴譜碼以及通道衝激響應決定,因此聯合檢測演算法的前提是能得到所有用戶的擴譜碼和通道衝激響應。TD-SCDMA系統中在幀結構中設置了用來進行通道估計的訓練序列Midamble,根據接收到的訓練序列部分信號和我們已知的訓練序列就可以估算出通道衝激響應,而擴譜碼也是確知的,那麼我們就可以達到估計用戶原始信號d的目的。
聯合檢測演算法的具體實現方法有多種,大致分為非線性演算法、線性演算法和判決反饋演算法等三大類。根據目前的情況,在TD-SCDMA系統中採用了線性演算法中的一種,即迫零線性塊均衡(ZF-BLE)法。
隨著演算法和相應基帶處理器處理能力的不斷提高,聯合檢測技術的優勢也會越來越顯著。經過大量的模擬計算和實際的現場實驗,我們發現使用聯合檢測技術可以為系統帶來了以下好處:
降低干擾。聯合檢測技術的使用可以降低甚至完全消除MAI干擾。
擴大容量。聯合檢測技術充分利用了MAI的所有用戶信息,使得在相同RAW BER的前提下,所需的接收信號SNR可以大大降低,這樣就大大提高了接收機性能並增加了系統容量。
削弱「遠近效應」的影響。由於聯合檢測技術能完全消除MAI干擾,因此產生的雜訊量將與干擾信號的接收功率無關,從而大大減少「遠近效應」對信號接收的影響。
降低功控的要求。由於聯合檢測技術可以削弱「遠近效應」的影響,從而降低對功控模塊的要求,簡化功率控制系統的設計。通過檢測,功率控制的複雜性可降低到類似於GSM的常規無線移動系統的水平。
聯合檢測技術已成功的應用於TD-SCDMA系統,該技術在TD-SCDMA系統中的成熟性和可應用性是沒有問題的。
三、聯合檢測技術對網路成本的影響
聯合檢測技術在改善系統性能的同時還將對降低無線網路成本起到很大的作用,這主要體現在以下幾個方面。
第一,由於聯合檢測技術可以降低干擾,因而提高了系統的容量。特別是對於容量受限的系統來講,將減少基站設備的個數,因而大大降低整個網路的成本。
第二,聯合檢測技術可以削弱″遠近效應″的影響,從而降低對功控的複雜度。這種複雜度的降低從某種程度上也可以減少對該模塊的投入,從而降低整個網路的成本。
總之,聯合檢測技術的優越性在於它充分利用了所有和MAI相關的先驗信息,通過與其它先進技術如智能天線技術相結合,達到相輔相成的效果。它不僅提高了頻率的利用率,改善了系統性能,同時還降低了網路成本。作為TD-SCDMA系統的一個重要組成部分,聯合檢測技術必將能給運營商帶來極佳的經濟效益。
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