[科普中国]-多址干扰

由来

CDMA的一系列优点使其成为新一代移动通信的佼佼者，但在商用化的过程中CDMA仍有许多关键的技术需要解决。例如克服CDMA系统自身的多址干扰（MAI），就是一个要解决的关键技术问题。CDMA系统自身产生多址干扰的原因主要有两个：一是由于各用户使用的通信频率相同，在不同用户之间的扩频序列不能进行完全正交，即互相关系数不为零；二是即使扩频序列能正交，实际信道中的异步传输也会引入相关性。下面即给出了同步加性白噪声（AWGN）信道中采用传统检测器时产生多址干扰的数学推导。

对CDMA系统的影响传统CDMA系统中的信号检测将于多址干扰视为高斯噪声来处理，因而忽略多址干扰的存在，这种方法会带来以下两个方面的影响：

（1）系统容量受到限制：当系统中用户数较少时，多址干扰因伪随机码良好的互相关性而不会太严重。但随着同时接入系统用户数目的增加，多址干扰的影响也会逐渐严重起来，导致系统误码率的上升，使得系统的容量受到影响。尤其是3G系统中大容量的要求和多天线发射分集的采用，都将导致CDMA系统容量受多址干扰的严重影响。

（2）严重影响了系统的性能：如果干扰用户比目标用户距离基站近得多，即使忽略衰落的影响，信号的路径衰耗亦与用户距基站距离的三次方成正比，这时干扰信号在基站的接收功率会比目标用户信号的接收功率大得多，在传统接收机输出中的多址干扰份量会很重，以至将目标用户的信号淹没，而出现远近效应。

如何克服影响（1）扩频码的设计：多址干扰产生的根源是扩频码间的不完全正交性，如果扩频码集能在任何时刻完全正交，那么多址干扰就会不复存在。但实际上信道中都存在不同程度的异步性，要设计出在任何时延上都能保持正交性的码集几乎是不可能的。因此需要设计者设计出一种尽可能降低互相关性的工程实用码型，这在现实信道的条件下还是有可能的。

（2）功率控制：功率控制可以有效地减小远近效应的影响，在IS-95和3G移动通信标准中都采用了功率控制技术。但功率控制不能从根本上消除多址干扰，因为会受到各用户接收功率相等时接收性能的限制，而且也存在以下一些缺点，如占用信道传送功率控制信息，存在算法收敛速度问题，且性能与用户移动速度有关，系统较为复杂等等。

（3）前向纠错编码（FEC）：利用编码的附加冗余度纠正因信道畸变而产生的错误比特判决，已成为提高通信质量的一个重要手段，对于纠正多址干扰引发的错误也同样有效。但采用前向纠错编码的代价是在相同信道传输速率下有用信息的传输速率会有所下降。

（4）空间滤波技术：用智能天线对接收信号进行空域处理可以减小多址干扰对信号的影响，同时采用具有一定方向性的扇形天线也可以抑制除某一角度内的其他干扰，而提高系统性能。起初，由于智能天线的高复杂度和高能量消耗，对它的研究大都局限于在基站中应用，直至近几年，智能天线技术才被引入到移动台之中。因此智能天线有望显著地提高3G移动台的性能，也将成为3G移动通信系统研究的热点之一。1

（5）多用户检测技术：多用户检测理论和技术的基本思想是利用多址干扰中包含的用户间的互相关信息来估计干扰和降低、消除干扰的影响。