基于伪遗传算法的CDMA多用户检测研究

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CDMA技术由于具有大容量、软切换、清晰的话音质量和良好的保密性能等优点,已经成为新一代移动通信的主流技术。然而随着干扰用户数的增加,多址干扰成为最主要的干扰,CDMA系统容量降低,系统性能恶化。如何有效地抑制多址干扰这个CDMA系统发展瓶颈、提高CDMA系统的性能和容量成为CDMA无线移动通信系统进一步发展亟待解决的重要任务。多用户检测技术是抑制多址干扰的一个重要措施,它不但可以抗多址干扰,还可以抵抗远近效应和多径干扰。与单用户检测把多址干扰简单地看成干扰噪声不同,多用户检测把其它用户当作有用的信息加以利用,通过运用各用户间的关联等信息来进行综合检测,从而达到消除多址干扰,提高通信系统的检测性能。多用户检测技术有许多优点,但若真正投入使用尚存在一定的问题和困难。其主要的问题是检测器的时间复杂度和结构复杂度、灵敏度和稳定性都与实际应用存在差距。多用户检测技术如何应用于实际系统都是值得进一步研究的问题。因此一些智能算法如人工神经网络、模拟退火算法、遗传算法等被引入到多用户检测技术中来。遗传算法由于其强大的搜索能力,广受欢迎,得到迅猛发展,经过不断的改善,已经形成了一种较为成熟的全局寻优算法。使得基于遗传算法的多用户检测成为多用户检测发展的一个重要方向。但是由于遗传算法搜索的随机性较强,其搜索的方向性并不十分明确,直接将遗传算法应用于多用户检测,若要获得较好的检测性能,必然将导致过大的运算量;加上选择策略和变异必将导致优秀基因的丢失,故遗传算法和基于遗传算法的多用户检测有待于进一步完善。针对以上问题,笔者做了一下工作:①引入了一种伪遗传算法(Pseudo genetic algorithm, PGA)。该算法通过固定地对构成互补的(complementary)父辈个体间进行交叉,得到的子代个体继承了父辈的互补性。其特点是操作对象始终保持互补,具有最大汉明距(Hamming distance),因而不需要防止乱伦操作和选择策略。由此节省大量计算复杂度。由于互补的两个父代个体能产生问题域内任一个体,加上变异会破坏两个父个体的互补性,所以伪遗传算法取消了变异操作,仅包含互补初始化种群、交叉、适应度计算等主要操作。这不仅减小计算复杂度,还避免了优秀基因被破坏。因此,基于伪遗传算法和伪遗传算法的多用户检测技术不但降低了计算复杂度,还在一定程度上降低了检测器的工序复杂度和结构复杂度。②建立了基于伪遗传算法的多用户检测DS-CDMA模型。试验以两个用户为例,用户信息用31位Gold码扩频,信道为瑞利多径衰落信道和加性高斯白噪声,基于Simulink平台构建模型,进行仿真得到误码率曲线图。再与基于传统遗传算法的多用户检测比较。试验结果表明:基于伪遗传算法的多用户检测在相同的信噪比条件下,能得到更小的误码率。说明基于伪遗传算法的多用户检测比基于传统遗传算法的多用户检测具有更低的接收误码率、更快的收敛速度、结构更简单等优点。③最后从算法层面探讨了基于伪遗传算法的多用户检测的算法复杂度、收敛速度和收敛稳定性等方面的性能。由于遗传算法在多用户检测中的应用实质是遗传算法在优化过程中的一种最优寻优过程。为了直观地探索其收敛性能,文中以在一定区间上寻找某函数最大值为例,从各代各次试验最优个体适应度值的平均值、方差等统计角度进行仿真试验。正如结果所示,相对于传统遗传算法,伪遗传算法具有更小的算法复杂度、更高收敛速度和更强的检测稳定性等方面的优越性能。这充分体现了基于伪遗传算法的多用户检测比基于遗传算法的多用户检测具有更快的运算速率、更稳定的检测性能和更简单的结构。结果表明,和传统遗传算法的多用户检测相比,伪遗传算法和基于伪遗传算法的多用户检测具有接收检测性能更好、收敛速度快、结构更简单和性能稳定等优点。
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