CDMA通信系统中混沌神经网络多用户检测技术的研究

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众所周知,码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)系统采用扩频通信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围广、手机功耗小等突出优点,但是在CDMA系统中,由于多个用户使用的扩频码集一般不能严格正交,故存在多址干扰(Multiple Access Interference,MAI),它对系统容量起着制约性的作用。多用户检测技术作为一种性能优越的抗多址干扰技术,已经成为第三代移动通信中的一项关键技术,它在传统检测技术的基础上,联合考虑同时占用某个信道的所有用户或某些用户,能有效地消除或减弱其它用户对期望用户的影响。由于多用户检测问题的实质是组合优化问题,因此,人工神经网络所具有的快速优化计算能力和大规模并行处理能力使其在多用户检测问题中表现出良好的前景。而暂态混沌神经网络(Transiently Chaotic Neural Network,TCNN)在Hopfield神经网络(Hopfield Neural Network,HNN)基础上引入了一个逐渐消失的自反馈项,使网络在搜索过程中具有比一般神经网络更复杂的暂态混沌动力学特性,在处理组合优化问题上具有更大的优势。因此,本文将暂态混沌神经网络和多用户检测相结合,在原有的基于暂态混沌神经网络多用户检测器的基础上加以改进,提出一种快速收敛的改进自适应暂态混沌神经网络多用户检测器,并将其应用到多载波CDMA(Multi-carrier CDMA,MC-CDMA)系统中,达到减小误码率、优化系统性能的目的。本文的主要工作可以分为三部分:一是CDMA通信系统及多用户检测技术的介绍;二是混沌理论和混沌神经网络模型的分析;三是移动通信系统中基于暂态混沌神经网络多用户检测技术的研究、仿真。其中,第三部分是本文工作的重点,其主要包含以下几个方面:第一,研究了基于Hopfield神经网络的最优多用户检测器,针对其能量函数易陷于局部极小点的问题,分析了基于TCNN的多用户检测器,仿真结果表明,基于TCNN的多用户检测器在一定程度上避免了能量函数陷于局部极小点的问题。第二,分析了TCNN网络的参数,在现有的基于TCNN的多用户检测器基础上,提出了一种改进的TCNN多用户检测器,仿真结果表明,改进的TCNN多用户检测器具有更好的误码率性能。第三,为了使网络有更快的收敛速度,本文将典型TCNN中的混沌项加以改进,得到一种快速收敛的改进自适应暂态混沌神经网络多用户检测器,仿真结果表明,该检测器不仅具有良好的误码率性能,而且具有更快的收敛速度。第四,将基于TCNN的多用户检测器应用到MC-CDMA系统中。仿真结果表明,本文提出的快速收敛的改进自适应暂态混沌神经网络多用户检测器能有效地抑制码间干扰,具有良好的误码率性能,适合高速率数据传输。
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