标题：多用户检测
历史
1979年K.Schneider提出多用户检测(MultipleUser Detection，MUD)的概念以来，经过20余年的发展，  原理特别是1986年Verdu提出最佳多用户检测算法以后，多用户检测技术成为无线通信领域最重要的学术研究热点之一。CDMA系统中多用户检测的定义；联合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户，消除或减弱其它用户对任一用户的影响，并同时检测出所有这些用户或某些用户的信息的一种信号检测方法。最佳多用户检测器就是最大似然序列估计(MLSE)检测器，该检测器将产生最大似然序列b，依据从接收信号r(t)中找出发送的序列b，使得b的概率最大化。在DS/CDMA系统中MLSE检测器可以用Vitezbi算法。虽然最佳检测器有极好的性能，但算法的复杂度太高，实现困难。
由来
在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大概分为三种类型：加性白噪声干扰、多径干扰与多用户间的多址  示意图干扰。由于在同一个小区间同时通信的用户不是一个而是多个，在码分多址中多个用户占用同一时隙、同一频率，当同时通信用户数较多时，多址干扰成为最主要的干扰。CDMA系统是一个多入多出（MIMO）系统，采用传统的单入单出（SISO）检测方法，如匹配滤波器，不能充分利用用户间的信息，而将多址干扰认为是高斯白噪声。所以多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，而且也严格限制了系统的容量提高。 
在多径衰落环境下，由于各个用户之间所用的扩频码通常难以保持正交，因而造成多个用户之间的相互干扰，并限制系统容量的提高。
解决以上问题的一个有效方法是使用多用户检测技术（MUD）。由于信道的非正交性和不同用户扩频玛字的非正交性，导致用户间存在相互干扰，多用户检测的作用就是去除多用户之间的相互干扰。也就是根据多用户检测算法，在经过非正交信道和非正交的扩频码字，重新定义用户判决的分界线，在这种新的分界线上，可以达到更好的判决效果，去除用户之间的相互干扰。
特点
多用户检测技术的优点主要表现在以下几个方面：  远近效应1、提高CDMA的系统容量，增加用户数。用户数的增加，意味着更高的无线频谱效率。
2、降低CDMA用户设备（UE）的发射功率，提高UE的待机及通话时间。另一方面，表现为降低了UE射频部分的成本及故障率。
3、减小射频辐射对用户的生理及心理影响，移动通信设备对环境的影响更绿色化。
4、增加通信距离，增大基站的覆盖面积，降低了基站综合成本。
多用户检测的主要优点是可以有效地减弱和消除多径干扰、多址干扰和远近效应；简化功率控制；减少正交扩频码互相关性不理想所带来的消极影响；改善系统性能、提高系统容量、增加小区覆盖范围。
多用户检测的主要缺点是大大增加设备的复杂度；增加系统时延；通过不停的信道估计来获取用户扩频码的主要特征参量，信道估计的精度直接影响多用户检测的性能。
方法
经过20余年的发展，对抑制多址干扰的多用户检测方法已研究的十分广泛和具体。根据上面多用户检  检测的误码率测的定义，在不同的准则下，多用户检测具有不同的分类方法。按性能的不同，多用户检测可分为最优多用户检测法及准最优多用户检测法。从结构上看，多用户检测又分为线性多用户检测及非线性多用户检测方法。 
1、基站中的多用户检测方法基站（BaseStation,或NodeB）中多用户检测方法。由于基站知道所有用户的特征码(signaturesequence)，考虑到算法复杂度之后，基站中的多址干扰抑制方法选择针对多用户的多用户检测方法。下面分别介绍基站中的典型多用户检测方法。
（1）最优多用户检测法
最优多用户检测法，即最大似然序列估计（MLSE）方法，1986年由Verdu提出。该算法的复杂度随着用户数成指数增加，当用户数大于9时，是不可行的。最优多用户检测法提供了性能改善的极限值。
（2）线性准最优多用户检测法
由于最优多用户检测法的复杂度太高，1989年以后的研究均侧重于准最优多用户检测法。准最优多用户检测可分为线性及非线性两大类。所谓线性或非线性，即是判断算法的输出是否是输入的线性变换。线性多用户检测算法主要包括去相关法（Decorrelator）和最小均方估计法（MMSE）。去相关法及MMSE法的复杂度均随用户数线性增长，其中去相关法不需估计各用户的幅度，具有较好的抗远近效应能力，而MMSE法需估计各用户的幅度，抗远近效应能力不如去相关法，但去相关法对信道噪声有放大作用，MMSE法则没有。当信噪比较大时，使用去相关法较好；当信噪比较小进，易于使用MMSE法。
去相关性及MMSE法均需对互相关矩阵求逆，当用户数很多时，使用去相关法及MMSE法的复杂度还是太大。为此Moshavi等人提出了矩阵求逆的多项式分解法，只取多项式的前几项代替整个逆阵，从而化简求逆的复杂度。
（3）非线性准最优多用户检测法
由于线性多用户检测法复杂度高，收敛慢，从可实现性角度考虑的研究方向主要集中于非线性多用户检测方法。非线性多用户检测方法主要有多级型、判决反馈型、神经网络等几种方法。
多级型多用户检测算法，根据每一级各用户的检测形式不同，又可划分很多形式。若每一级各用户并行的采用匹配滤波器或相关器检测，这就是传统的并行干扰对消（parallelinterferencecancellation:PIC）算法。若每一级的每个用户，根据信号强度的大小，采用串行的匹配滤波或相关检测的方法，这就是所谓的串行干扰对消（successiveinterferencecancellation:SIC）算法。当然，每一级各用户还均可以采用去相关检测、MMSE等算法，这时的性能会更好一些，但算法实现复杂度也更高一些。多级型多用户检测算法的每级算法结构相似，因而多级型的每一级的最后（除最后一级），还有一个各用户信号的再生、还原过程，这也是多级型方法的特点之一。
判决反馈多用户检测算法，有与多级型算法类似的种类。从本质上看，判决反馈多用户检测算法等价于多级型算法。从结构上来看，判决反馈法将多级型方法采用循环的方式一级来完成，通过对一级的多次循环，完成多级型相同的功能。从实现上来看，判决反馈多用户检测算法比多级型算法需要更多的存储空间。
多用户检测从本质上看，是一个组合优化问题。因而，所有解决组合优化的算法原则均可适用于多用户检测。其中基于神经网络的解组合优化问题当然可以适合多用户检测。
2、用户设备中的多用户检测方法对于用户设备（UserEquipment,UE，又称移动终端:MobileStation,MS）来说，从安全及复杂度上考虑  多用户检测，它只知道自己使用的特征序列。这时的多址干扰抑制方法（为了方便，也称为多用户检测方法），与基站中的的多址干扰抑制方法有很大的差别。用户设备中多用户检测的各种方法。把传统CDMA检测器作为固定式多用户检测方法也归纳进来了。所谓传统CDMA检测器，即采用了相关器或匹配滤波器检测方法。传统CDMA检测器为了减弱多址干扰的影响，在系统级中采用了功率控制的方法，它要求到达某一接收机输入端的各个用户的功率相等。这是一种最简单、原始的多址干扰抑制方法，已成功应用于军、民用CDMA移动通信网。
为了更有效的对抗多址干扰，用户设备采用自适应技术来抑制多址干扰。所谓自适应多址干扰抑制算法，即接收机的多址干扰抑制部分采用了自适应滤波器的结构，滤波器的系数是自适应变化的，标准是满足某种标准下的最优化。自适应式多用户检测方法也可划分为两大类：线性及非线性。类似于基站中的多用户检测方法，用户设备中的自适应非线性多用户检测方法包含有判决反馈、神经网络方法。下面主要介绍用户设备中的自适应线性多用户检测方法。 
（1）线性高复杂度自适应多用户检测算法
线性高复杂度自适应多用户检测算法，根据自适应算法抽头间距（也可以表述为自适应算法对输入信号的采样间隔）的大小，可以划分为码元空间、分数空间两种。如果抽头间距等于接收机扩频码的一个码元宽度，这就是码元空间法。分数空间法则定义为自适应算法抽头间距只是码元宽度的一部分。分数空间法自适应多用户检测算法则包含最优线性同轭线性算法（optimumlinear-conjugate-linear,LCL）及复时间相关自适应滤波算法（complextimedependentadaptivefilter,TDAF）。复时间相关自适应滤波算法还可以进一步划分，滤波算法是基于波形估计滤波式的，还是基于符号估计滤波式。
（2）线性低复杂度自适应多用户检测算法
线性低复杂度自适应多用户检测算法，依据对高复杂度自适应多用户检测算法简化的方法的不同，可分为两类：最优简化法、次优简化法。其中次优简化法包含循环位滤波器组法及符号过采样法。
发展
随后又提出了大量次最佳多用户检测器方案，主要分线性多用户检测器和非线性多用户检测器两大类。其  检测器中线性多用户检测器主要包括:传统信号检测器、解相关多用户检测器(DECMUD)、最小均方误差检测器(MMSEMUD)等；非线性多用户检测器主要包括:多级多用户检测器、判决反馈检测器、相减干扰抵消检测器等。 
由于算法复杂度低、性能优良的多用户检测算法是研究的重点之一。当CDMA系统的扩频序列较长时（对应于CDMA系统的用户容量较大），多用户检测算法的复杂度高，处理时延也较大。从器件水平来看，对于窄带CDMA，例如TD-SCDMA，扩频序列最大长度为16，使用多用户检测算法抑制多址干扰时，有较多种类的算法可以选择。例如：干扰对消类的方法、MMSE算法等。但对于扩频序列很长的CDMA系统，如WCDMA、cdma2000，扩频序列长度最大可达256，器件水平来实现多用户检测算法，还有很大的难度。这也反映出了TD-SCDMA的优点。
工作原理
假设有n 个用户，每个用户发送数据比特b1 b2⋯bn，通过扩频码字进行频率扩展，经过无线信道传输，加入了噪声n(t)，接收端接收的用户信号与同步的扩频码字相关，接收机相乘器由乘法器、积分和信息转存功能部分组成。解扩后的结果通过多用户检测算法去除用户之间的干扰，得到用户的信号估计值b^1 b^2 ⋯bn^。多用户检测将不期望的多接入干扰从接入信号中分离。多用户检测输出的是估测的数据比特。从原理图上就可以看出：多用户检测的关键取决于相关器的同步扩频码字跟踪、各个用户信号的检测性能、相对能量的大小信道估计的准确性等接收机的性能, 也就是取决于捕捉到的能量、相位的影响和码跟踪差错。在理想情况下，与没有MUD的系统相比，MUD 用户检测提高减少干扰2.8 倍因子。实际情况下, MUD 的有效性不到100% , 也就是说取决于检测方案、信道估计、时延估测和功率控制差错。