非高斯噪声下基于粒子滤波算法的多用户检测技术研究

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移动通信已经深刻的改变了人们的生活,作为通信前沿的第三代移动通信系统(3G)为人们提供更好的通信体验。3G技术以扩频通信理论为基础,以码分多址(Code DivisionMultiple Access, CDMA)技术为多址接入方案。与第二代移动通信相比,3G系统的容量更大、安全性能更好,抗衰落能力更强。从理论上可以知道,如果所有用户使用的扩频码是完全相互正交的,那么只需将接收到的信号通过相应的匹配滤波器就能分别出不同用户最初发送的数据。但是在工程上,由于传播数据信道的时变性等原因,导致扩频码很难相互正交。正是由于用户信号之间的相关性会使他们产生相互干扰,这种干扰被称为多址干扰(Multiple access interference, MAI)。这也是限制系统容量及通信质量的重要因素。多用户检测技术在深入分析了多址干扰产生原理的基础上,综合利用所有用户的信息进行检测,如扩频码、幅值等。它能够消除用户信号之间的相关性,在很大程度上提高了系统的性能。本文首先建立了DS-CDMA系统的模型,在此基础之上对几种经典多用户检测算法加以介绍,其中有最优多用户检测算法,解相关多用户检测算法等。通过在MATLAB平台上的仿真,对这些算法进行了比较,分析了它们各自的优劣性。经典的多用户检测算法都将背景噪声假设为高斯噪声,并且这在理论上是可行的。但是现实生活中的噪声大多数都没有高斯特性,这些噪声具有很强的脉冲性。在这样的环境中,经典的多用户检测的性能将会大幅下降。因此本文建立了比高斯噪声模型更精确的非高斯噪声模型,并选取拉普拉斯噪声和Alpha稳定噪声作为本文分析时的背景噪声。为了提高系统的性能以及在非高斯噪声中的适应能力,就必须采用具有强鲁棒性的算法。本文首先利用白化匹配滤波器建立动态空间模型,以此为基础,将粒子滤波算法引入多用户检测中。并详细的介绍了该算法的核心思想以及公式推导,总结了算法实施的具体步骤。针对粒子退化和算法复杂的缺陷,本文又相继提出了权值选择粒子滤波算法和高斯粒子滤波算法。通过仿真可以知道,粒子滤波及其改进算法能够大幅度提升多用户检测器的性能,并且在非高斯噪声中依然保持较好检测效果。
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