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多用户检测技术及其发展与应用 张定宇 北京邮电大学信息工程学院，北京（100876 ） E-mail: alexzdy@ 摘 要：第三代移动通信系统采用码分多址(CDMA)方式。由于 CDMA 系统是一个自干扰 系统，存在多址干扰及远近效应，因而限制了系统的容量和性能。多用户检测技术能从根本 上消除多址干扰，提高系统的性能。本文主要介绍了多用户检测的思想和分类，并简要介绍 了各种多用户检测算法，还提出了多用户检测技术的新发展和在几个具体系统中的应用。 关键词：多用户检测（MUD ）；多址干扰 CDMA 中图分类号：TN929.5 1. 引言 CDMA 移动通信系统具有抗干扰、容量大、保密性好以及软越区切换等优良性能，在 3G 中被普遍采用。而在实际系统中由于多个用户的随机接入以及用户扩频码之间的互相干 性，各用户之间的码字不可能达到完全正交和同步，其非零互相关系数便会引起各用户之间 的相互干扰，称为多址干扰(MAI) 。随用户数量的增加，这种干扰将越来越严重，从而导致 系统性能的严重恶化，这种干扰无法靠提高信噪比来解决。 传统的单用户系统完全按照经典的直接序列扩频理论对每个用户的信号分别进行扩频 码的处理，将多径衰落干扰与多址干扰的伪随机码信号看作等小白噪声的无用信息来处理， 这是一种消极的处理方法，而且抗多址干扰能力差，不具备抗远近效应的能力。 而实际上，不论是多径衰落干扰还是多址干扰，其本质上并不是纯粹无用的白噪声，而 是有强烈结构性的伪随机序列信号，而且各用户间与各条路径间的相关函数都是已知的，因 此从理论上看，完全有可能利用这些伪随机序列的已知结构信息和统计信息，如相关性，来 进一步消除这些干扰所带来的负面影响，以达到提高系统性能的目的。 2. MUD 的基本思想 多用户检测（MUD ，Multi-User Detection ）是消除或减弱CDMA 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。多用户检测指的是：把同时占用 某个信道的所用用户或某些用户的信号都当作有用信号，而不是作为干扰信号处理，利用多 个用户的码元、时间、信号幅度以及相位等信息联合检测单个用户的信号，即综合利用各种 信息及信号处理手段，对接收信号进行处理，从而达到对多用户信号的最佳联合检测[1] 。 从不同的角度，多用户检测算法可有多种分类方法。首先可以将多用户检测算法分为最 优检测算法和次优检测算法。 2.1 最优多用户检测算法 最优检测器是最大似然序列检测器。1986 年，美国学者Verdú[2]通过深入的理论分析后， 首先提出利用已知扩频码的结构信息与统计信息来克服多个用户之间干扰的多用户检测理 论与方案。Verdú 提出的多用户检测器是在加性高斯白噪声信道(AWGN)下的最优多用户检 测器。接收机最佳结构为匹配滤波器加上维特比(Viterbi)检测算法，即最大似然序列检测 MLSD 算法[3] 。 最优多用户检测器(optimal multiuser detector)可达到最高的渐近有效性，就是它对每个 - 1 - 用户都能达到最小的误码率，这是所有其他类型检测器的上限。最优多用户检测器的抗远近 能力是任何一种多用户检测器所能达到的上限，而且也是对次优检测器相对性能的一种度 量。鉴于此，最优多用户检测器的抗远近能力常被称为最优抗远近能力。 最优多用户检测算法就是联合检测发送比特矢量b ，使联合似然概率P (y |b ) 最大，然 而这个最优化准则是一个组合优化问题，需要穷举所有信号组合，才能进行最优判决。以译 出一个发送比特所需的运算量来衡量算法的复杂度的话，由于发送信号矢量b 有2K 种组合， 其中K 为用户数。因此译出一个比特所需要的运算量为O(2K / K ) [1] ，这是一个指数复杂度 的算法。而且Verdú 已经证明这种问题的复杂性是NP 问题，不存在多项式复杂度的求解方 法。算法过于复杂因此在工程中就无法使用化。最优检测