DS-CDMA盲多用户检测新技术研究

摘要

CDMA技术是具有广阔发展前景的通信技术之一,并广泛应用于军事通信和民用通信中。CDMA系统本身是一个干扰受限系统,由于多个用户的随机接入以及CDMA系统中各用户使用的扩频码一般并非严格正交和完全同步,各个用户之间的干扰不可避免,由于非零互相关系数引起的各用户间的相互干扰称为多址干扰(Multiple Access Interference, MAI)。多址干扰会严重限制系统容量,影响系统性能。多用户检测技术的基本思想就是充分利用包括干扰用户在内的各种信息及信号处理手段,抑制甚至消除多址干扰,从而更加有效地利用频谱资源并提高系统容量。近年来,盲多用检测由于不需要训练序列和干扰用户的先验知识,已成为多用户检测技术的一个重要研究方向。
　　本文对DS-CDMA系统中的盲多用户检测算法进行研究,对现有的基于LMS和RLS的盲自适应算法进行了改进;提出了一种新的基于正则化的盲多用户检测算法,并对其进行了理论性能分析与仿真;针对基于ICA的盲多用户检测算法存在的模糊性问题,提出了一种基于正则化ICA的改进算法。
　　主要研究内容和创新性成果有:
　　1.针对基于约束最小输出能量(CMOE)的盲多用户检测器,在典范表示1的基础上,推导了其另一种表示,这种表示方法最大的好处就是物理意义明显,便于自适应实现。并在此基础上利用变步长NLMS算法实现盲多用户检测。NLMS算法不仅收敛速度快,而且具备一定的鲁棒性,从而优于基本LMS算法。同时,提出了一种基于可变遗忘因子RLS算法的盲多用户检测算法,它既具有对时变参数的快速跟踪能力,又具有较好的稳态性能,适合于动态环境的应用。
　　2.将正则化理论应用到CDMA盲多用户检测中,并提出了基于该技术的几种盲多用户检测方案。利用Tikhonov正则化方法来解盲多用户检测问题,它的优点是稳定性好,且对用户特征波形失配有一定的容忍度。我们还给出了正则化盲多用户检测的一般形式,它是Tikhonov正则化(对角加载)的一种推广。另外,通过修正协方差矩阵来改善条件数,如对协方差矩阵的元素乘以不同的权重,衰减远离主对角线的元素,我们把该方法称之为协方差矩阵锥化(CMT),也属于正则化方法的范畴。
　　3.对基于Tikhonov正则化的盲多用户检测算法,我们从理论上进行了性能分析。针对几种特殊情况,如干扰用户功率相等的等相关信号、理想功率控制的等相关信号以及理想功率控制的正交信号等,以平均输出信号干扰噪声比作为性能测度,给出了几种情况下的表达式。并通过模拟实例分析了各个参数对其性能的影响,得出了一些重要结论。通过仿真进行了误码率的比较,并简单验证了基于Tikhonov正则化的盲多用户检测对特征波形的失配有一定的容忍度。
　　4.原始的独立分量分析(ICA)方法存在固有的缺陷,即次序模糊性和幅度模糊性(对于二进制,即极性模糊)。并且没有充分利用已知信息,如期望用户的扩频序列。因此我们对其进行改进,引入正则化泛函,使其包含扩频码的先验信息。它可以改善模糊性问题,提高算法的收敛性。我们利用随机梯度下降法最优化该代价函数,得到了正则化ICA(regularICA)检测器权向量的估计算法。正则化 ICA方法具有一定的灵活性和稳定性,因为可以根据不同的最优化原则,选择不同的对比函数和正则化泛函。regularICA算法无需对数据进行白化处理,计算更简单。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容及章节安排

第二章 线性盲多用户检测

2.1 多用户检测的基本理论

2.2 同步CDMA信号模型

2.3 盲线性MMSE检测器

2.4 本章小结

第三章 基于CMOE的盲自适应多用户检测

3.1 线性多用户检测器的典范表示

3.2 LMS算法

3.3 RLS算法

3.4 变步长NLMS算法

3.5 可变遗忘因子RLS算法

3.6 本章小结

第四章 基于正则化的盲多用户检测

4.1 正则化方法的数学基础

4.2 基于Tikhonov正则化的盲多用户检测

4.3 基于协方差矩阵锥化的正则化盲多用户检测

4.4 本章小结

第五章 Tikhonov正则化盲多用户检测的性能分析

5.1 理论性能分析

5.2 模拟实例

5.3 仿真分析

5.4 本章小结

第六章 基于独立分量分析的盲多用户检测

6.1 独立分量分析基本理论

6.2 基于负熵的FastICA算法的盲多用户检测

6.3 正则化ICA盲多用户检测

6.4 仿真分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文的主要创新点

7.2 进一步的研究方向

致谢

参考文献

攻读博士期间的研究成果