联合检测(JD,JointDetection)是多用户检测(Multi-UserDetection)的一种。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的,接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测技术和多用户检测技术两种。在实际的CDMA移动通信系统中,存在多址干扰(MAI),这是由于各个用户信号之间存在一定的相关性。由个别用户产生的MAI固然很小,可是随着用户数的增加或信号功率的增大,MAI就成为宽带CDMA通信系统的一个主要干扰。传统的CDMA系统信号分离方法是把MAI看作热噪声一样的干扰,导致信噪比严重恶化,系统容量也随之下降。这种将单个用户的信号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测(Single-UserDetection)。而联合检测则充分利用MAI,一次性将所有用户的信号都分离出来。
有K个用户的典型多址接入系统的连续时间传递模型可以由图1表示。
图1 多址接入系统连续时间传递模型
对用户k而言,接收机收到的总信号可以表示为式(2-1),即
(2-1)
式(2-1)中,表示加性噪声,用户k发送的信号经过空中信道后到达接收机时可用式(2-2)表示,即
(2-2)
式(2-2)中,表示用户k发出的信号;τmax表示由多径传播造成的最大时延,冲激响应表示空间信道特性。在采用线性码片调制方案的CDMA系统中,可表示为
(2-3)
式(2-3)中,表示用户发送的数据符号,N是用户发送的符号数目;表示码片值,Q是扩谱系数。式(2-3)可表示成矩阵A和向量d相乘的形式,即 e=Ad+n (2-4)
这就是TD-SCDMA系统多址接入的矩阵和向量表达方式,联合检测的目的就是根据式(2-4)中的A和e估计出用户发送的d。
由于A由K个用户的扩频码及信道冲激响应决定,因此联合检测算法的前提是能得到所有用户的扩频码和信道冲激响应。为了给联合检测算法提供信道估计,在TD-SCDMA系统的突发结构中专门定义了训练序列Midamble,如图2所示。
图2TD-SCDMA系统突发结构
工作在同一时隙的所有用户使用基本Midamble码(128chip)经循环移位后产生,根据接收的Midamble部分和已知的Midamble码,就可以估计出信道冲激响应。
联合检测算法可以分为3类:非线性算法、线性算法、判决反馈算法。非线性算法主要有最大似然序列估计,该算法具有极高的复杂度,在要求实时性的移动通信系统中难以应用。判决反馈算法是在线性算法基础上经过一定的扩展得到的,有迫零判决反馈均衡器(ZF-BDFE)算法和最小均方误差判决反馈均衡器(MMSE-BDFE)算法,它们的计算复杂度较大。实际应用中,常采用线性算法。
线性算法首先用线性块均衡器对接收信号进行检测,得到K个用户发送符号的连续值估计。然后用K个量化器对这些连续值估计进行量化,得到对用户发送符号的离散值估计。根据准则的不同,线性联合检测算法大致可以分为解相关匹配滤波器(DMF)法、迫零线性均衡(ZF-BLE)法和最小均方误差线性块均衡(MMSE-BLE)法3种。
匹配滤波器难以消除多用户干扰。ZF-BLE算法与MMSE-BLE算法性能相近,都不同程度地消除了多用户干扰,改善了系统的性能,但后者要好一些。主要原因就在于MMSE-BLE考虑了噪声的影响,加入噪声的方差估计,增加了其运算复杂度。所以在TD-SCDMA系统中采用ZF-BLE算法。ZF-BLE的核心思想是迫零滤波,它能够解决ISI和MAI造成干扰的问题。