Multiuser detection in CDMA using blind techniques

Abstract

ÖZET Kod bölüşümlü çoklu erişim (code division multiple access, CDMA) gezgin iletişim uygulamalarında, özellikle baz istasyonundan gezgin kullanıcı yönüne iletimde; kul lanıcının, kanaldaki diğer kullanıcıları ve bunlara ait imza kodları gibi bilgileri edinmesi güç bir işlem, olduğundan CDMA uygulamalarında, gözü kapalı çok kullanıcılı sezim teknikleri zaman içerisinde önem kazanmıştır. Bunun yanında, gözü kapalı teknikler öncül (pilot) dizi ihtiyacım ortadan kaldırdıklarından dolayı band genişliğinde bir miktar kazanç da sağlar. Gözü kapalı çok kullanıcılı sezimde altuzay yaklaşımı, diğer geleneksel ve verinin tümünü birden işleyen, ana bileşen çözümlemesi veya bağımsız bileşen çözümlemesi (inde pendent component analysis, ICÂ) yöntemleri üzerine kurulu ya da özmatrislerin birleşik yaklaşık köşegenleştirilmesi (joint approximate diagonalization of eigen-matrices, JADE) ve başvuru sistemli gözü kapalı kaynak ayrıştırma işlemyolu gibi ICA benzeri yöntemleri kullanan gözü kapalı tekniklere karşı bir seçenek oluşturmaktadır. Özetlemek gerekirse, altuzay yaklaşımı kullanan alıcılarda, ilgili kullanıcıya ait işaret bütün sinyal uzayı yerine sinyal uzayının bir altuzayında aranır. Altuzay yaklaşımının bir türevi de ilgili kullanıcıya ait işaretin de içinde yer alacağı, sinyal altuzayının daha küçük boyutlu bir altuzayının aranması anlam m a gelen indirgenmiş boyutlu çok kullanıcılı sezimdir. Bu indirgenmiş boyut yöntemi, standart bir altuzay yöntemiyle karşılaştırıldığında ek bir başarım kazancı sağlar. Bu tezde, gözü kapalı sinyal altuzayı ve indirgenmiş boyutlu çok kullanıcılı sezim yöntemleri incelenerek, iki farklı altuzay yakalama işlemyolu kullanılarak en küçük ortalama karesel hata (minimum mean-square error, MMSE) alıcılarına uygu lanmakta ve bu alıcıların başarım çözümlemeleri farktı sistem senaryolarıyla, toplanır beyaz Gauss gürültü ve çok yollu sönüml emeli kanallar için karlaştırılmaktadır. Ben zetim sonuçlarıyla, indirgenmiş boyutlu sezicinin sinyal altuzayı sezicisine göre başarım üstünlüğü gösterilmiştir. Ayrıca, her iki alıcı için söylenebilecek yeni bir durum olarak; altuzay yakalama işlemyolunda, ölçüt olarak en küçük betimleme uzunluğu yaklaşımı kul lanılmasının, hem altuzayın boyutunu yakalama yeteneğinde hem de sezim başarımında ek bir artışa sebep olduğu gösterilmiştir. Bunlara ek olarak, bu iki alıcının hata başarımı, MMSE, uyarlamalı MMSE ve JADE alıcılarıyla da karşılaştırılmıştır.

ABSTRACT In code division multiple access (CDMA) systems, blind multiuser detection (MUD) techniques are of great importance, especially for downlinks, since in practice, it may be unrealistic for a mobile user to know the spreading codes of other active users in the channel. Furthermore, blind methods remove the need for training sequences which leads to a gain in the channel bandwidth. Subspace concept in blind MUD is an alternative process to classical and batch blind MUP techniques based on principle component analysis, or independent component analysis (ICA) and ICA-like algorithms, such as joint approximate diagonalization of eigen-matrices (JADE), blind source separation algorithm with reference system, etc. Briefly, the desired signal is searched in the signal subspace instead of the whole space, in this type of detectors. A variation of the subspace-based MUD is reduced-rank MUD in which a smaller subspace of the signal subspace is tracked where the desired signal is contained in. This lattef method leads to a performance gain compared to a standard subspace method. In this thesis, blind signal subspace and reduced-rank MUD techniques are investi gated, and applied to minimum mean square error (MMSE) detectors with two different iterative subspace tracking algorithms. The performances of these detectors are com pared in different scenarios for additive white Gaussian noise and for multipath fading channels as well. With simulation results the superiority of the reduced-rank detector to the signal subspace detector is shown. Additionally, as a new remark for both detec tors, it is shown that, using minimum, ^description length criterion in subspace tracking algorithm results in an increase in rank-tracking ability and correspondingly in the final performance. Finally, the performances of these two detectors are compared with MMSE, adaptive MMSE and JADE detectors. IV