Introducción a la detección de múltiples usuarios en sistemas CDMA

El sistema de detección de múltiples tipos de transmisión de señales de MUDMA es un sistema de detección de múltiples tipos de frecuencias que permite a los usuarios de MUD-interferencias de múltiples tipos de capacidad de detección de múltiples tipos de frecuencias.

Función de la propagación de códigos e interferencia en el CDMA

El sistema de transmisión de datos de cada usuario se multiplica por un código de propagación de alta tasa (por ejemplo, de una familia de secuencias ortogonales o pseudo-aleatoria).El factor de propagación (también llamado ganancia de procesamiento) es la relación de velocidad de chip a la tasa de datos. Un factor de difusión más grande mejora la resistencia a la interferencia, pero reduce la tasa de datos total por usuario.

Tipos de Detectores Multi-User y su impacto en la capacidad

Detector de filtros emparejado

El filtro combinado (también llamado detector convencional) es el MUD más simple: correlaciona la señal recibida con el código de difusión de cada usuario de forma independiente. Tiene una complejidad computacional baja (O(K) por bit, donde K es número de usuarios) pero sufre del problema de cerca-mucho usuarios fuertes abruman a los débiles, y consigue una capacidad que es limitada por interferencia. En células muy cargadas, el filtro de línea de base de SINR

Detector decorrelacionado

El decorrelator multiplica las salidas de filtros emparejados por el inverso de la matriz de la cruza-correlación de códigos de difusión, eliminando MAI completamente a expensas del aumento del ruido. Es un detector lineal que logra el mismo orden de diversidad que el filtro combinado pero elimina la interferencia. Su capacidad es casi aditiva en el sentido de que puede soportar hasta los usuarios de K = N (factor de cableado) sin interferencias

Detector de errores de la plaza mínima (MMSE)

El detector MMSE equilibra la supresión de interferencias y el aumento del ruido minimizando el error cuadrado medio entre la señal transmitida y la salida del detector suave. No requiere conocimiento de los poderes o las diferencias de los usuarios, aunque el rendimiento óptimo a menudo supone conocimiento de la varianza del ruido. El detector MMSE normalmente consigue una capacidad de convergencia superior a la decorrelator, especialmente en SINR baja, porque no amplifica el ruido tan agresivamente.

Cancelación de la Interferencia Sucesiva (SIC)

SIC es un detector no lineal que procesa a los usuarios uno por uno: después de detectar la señal más fuerte del usuario (utilizando un filtro compatible o MMSE), recodifica los bits detectados, reconstruye la interferencia y lo resta de la señal recibida antes de detectar el usuario más cercano.El proceso se repite hasta que todos los usuarios sean decodificados.

Cancelación de interferencias paralelas (PIC)

PIC procesa a todos los usuarios simultáneamente: las estimaciones iniciales se obtienen de filtros combinados, luego se reconstruye la interferencia de todos los usuarios y se restringe en paralelo, produciendo estimaciones mejoradas. Esto se puede realizar en múltiples etapas (PIC multietapa). PIC consigue una alta capacidad si las estimaciones iniciales son confiables; de lo contrario, la propagación de errores puede ser severa. La capacidad de PIC ideal se acerca a la SIC pero con menor retraso.

Detector de probabilidad máxima óptima (ML)

El ML o el estimador de secuencias de probabilidad máxima (MLSE) considera conjuntamente todas las secuencias de transmisión posibles y elige el más probable dado la señal recibida. Consigue la probabilidad mínima de error y la capacidad máxima, aprobando el límite Shannon del canal de acceso múltiple. Sin embargo, su complejidad computacional crece exponencialmente con el número de usuarios teóricos (O(2^{K}) para BfeasK), haciendo que sea más

Análisis de la capacidad de los detectores de múltiples usuarios

Capacidad Región del Canal de Acceso Múltiple

La región de capacidad fundamental de un canal de acceso múltiple Gaussiano (MAC) se define por el conjunto de todos los tuples de tarifas alcanzables (R1, R2, ..., R K) de tal manera que para cualquier subconjunto S de usuarios, la tasa de suma es ≤ log2(1 + (sumo de poderes recibidos en S) / (noise + interferencia de fuera de S)). Esta región es mayor que cualquier complejo práctico MUD puede lograr diferentes debido a fin.

Detectores lineales: Capacidad asintotica

Para detectores lineales (filtro en par, decorrelator, MMSE), el SINR alcanzable para el usuario k puede ser expresado como SINR k = (p k * h k^2) / (N0 + У {jceptk} p j * Гретеренитеренитероватеренитеромитенитенитенитенитероваятероваятерованитенымитенымитенымитенитенымитенымитенымитенымитеныменымитенымитенымитенымитенымитенымитенымитенымитенымитенымитенымите

Detectores no lineales: Rendimiento de la capacidad cercana

Tanto SIC como PIC pueden acercarse a la región de capacidad MAC si la cancelación es perfecta. Específicamente, un receptor SIC que decodifica a los usuarios con el fin de disminuir la potencia recibida logra la capacidad suma del MAC Gaussian. Esto se debe a que la región de capacidad de un MAC simétrico con iguales poderes se consigue mediante la decodificación sucesiva. En la práctica, con cancelación imperfecta, los errores triples efectivos con ejemplo

Factores que influyen en la capacidad del MUD

Efecto de cerca de la costa y control de potencia

El problema cercano, donde un usuario cercano a la estación base parece mucho más fuerte que un usuario distante, degrada continuamente el filtro y hasta el rendimiento de MMSE. El control de potencia se emplea normalmente para equiparar los poderes recibidos, lo que mejora la capacidad para el MUD lineal. Sin embargo, SIC y PIC pueden beneficiarse de un desequilibrio de poder porque el usuario más fuerte puede ser cancelado primero, simplificando la detección de usuarios más débiles.

Factor de propagación y ortogonalidad del código

Los factores de difusión más grandes mejoran el rendimiento de procesamiento pero reducen la tasa de datos brutos por usuario. El intercambio entre la capacidad de MUD y la tasa de usuario es central en el diseño del sistema de CDMA. En el enlace descendente, los códigos ortogonales (por ejemplo, Walsh-Hadamard) se utilizan a menudo para eliminar MAI en condiciones sincronizadas ideales, pero multipata destruye la ortogonalidad esencial, haciendo el código no deseado.

Corrección de errores

Los sistemas CDMA modernos utilizan códigos turbo, códigos LDPC o códigos convolutivos para acercar la capacidad de canal. MUD y codificación se pueden combinar iterativamente (turbo MUD), donde se alimenta información suave del decodificador para mejorar la cancelación de interferencia. Esta detección conjunta puede lograr un rendimiento dentro de una fracción de un dB del límite Shannon, duplicando o triplinger de capacidad en relación con la detección y decodificación digital.

Diversidad de antena y MIMO

MUD ofrece múltiples antenas en la estación base (y opcionalmente en dispositivos móviles) grados espaciales de libertad que pueden ser explotados por MUD. El procesamiento espacial combinado con MUD puede aumentar dramáticamente la capacidad mediante la multiplexación espacial y la supresión de interferencias. Por ejemplo, utilizando un receptor de MMSE lineal con múltiples antenas, las escalas de capacidad asintomáticas linealmente con el número de antenas, incluso en los escenarios de interferencia

Consideraciones sobre la aplicación práctica

Los algoritmos avanzados de MUD prometen una alta capacidad, también imponen requisitos de computación y latencia. La implementación en tiempo real para cientos de usuarios requiere hardware eficiente (FPGA, ASIC) y optimizaciones algorítmicas como técnicas de bajo rango, inversión de matriz iterativa, o algoritmos de transmisión de mensajes aproximados (AMP).

Enlaces externos y lectura posterior

Conclusión

La detección de múltiples usuarios es una tecnología de piedra angular para lograr una alta eficiencia espectral en los sistemas de CDMA. La capacidad de una red de CDMA no está fija; depende críticamente de la elección de algoritmo MUD, el entorno de interferencia, y los parámetros del sistema como factor de difusión, control de potencia y codificación.