在当今无线局域网中,载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)接入机制是 采用最多的,如果多个用户的信号彼此发生碰撞,接收端会丢弃碰撞的数据包, 而发射端的应对措施是用户各自执行二进制指数退避算法,再选相应的随机退避 时间后,重新传输数据包。然而这种重传机制也有短处,它加大了数据包碰撞的 概率,同时使网络负载量大大增加。多个不同用户信号到达接收端时的信号强度 参差不齐,甚至差异巨大,这些后果都是无线信道环境多径传播直接造成的,这 给化解多个用户信号碰撞的矛盾带来了解决的转机。随着近年来信号处理技术的 逐步发展,以及用户对网络吞吐率日益增长的需求,多包接收( MPR)技术就应运 而生,摆脱传统物理层单包接收的限制也终于实现了。多包接收的出现传统意义 上解决了无线局域网中用户互相干扰严重的问题,它提高了无线信道的利用率, 增大了系统的容量。

多包接收的主要思路是:当接收端接收到多个用户信号时,将这多个用户的 信号同时当做目标信号而进行联合解包,不再像以前单包接受时以某一个用户的 信号作为目标信号。所以在多包接收的过程中,各个用户的信号不再是彼此之间 干扰,而是合作解压,相互依赖。当网络中存在多包接收能力的终端时,收到的 任何用户的信号都变成目标信号,不会再被当做对其他用户的干扰,更不会因为 数据包彼此碰撞而丢弃碰撞的数据包。本质上,多包接收的系统不再是传统意义 上的点对点模式,而变成多个用户共享同一个信道来进行更有效的通信。另一方 面,根据香农公式,信道的容量可以表示为:

其中, Si 表示信道中全部用户的强度的和,B 表示信道带宽,N 表示的 是噪声功率。很明显从公式中看出,随着用户数数量的不断增加,信道的容量也 在增加。多包接收可以让接收端同时接收多份数据而不会产生接受冲突,因此可 明显增大无线网络吞吐量。多包接收技术属于物理层的实现技术,在链路层和网 络层建立适合多包接收的传输方案,可以充分发挥该技术的性能优势。

由上式可以看出,如果提高用户的功率,系统信道的总容量也会相应变大, 并且对于接收端解包的效率而言,提高用户的发射功率,有助于该用户信号能够 被正确接收。另一方面,一个用户的正确接收带来的更加便利的好处是,使得后 面进行传输的用户,在信号更弱的情况下,解包更快。正是抵制共享数据包到许 可共享同时并发的转变,可以大大提高网络吞吐率。

目前实现 MPR 物理层信号处理方法有很多种类型,由于 MPR 技术的实现 依靠的是多用户检测技术,因此,下一节将简要介绍多用户检测的实现方法和工 作原理。多包接收的基础是物理层的信号处理方法,实现多包接收的信号处理方 法有很多种。其中,串行干扰消除算法(SIC)由于算法简单,实现效果也不错, 是多包接收中应用得最广泛的实现方案。例如高通(Qualcomm)公司为蜂窝网络 基站设计的芯片 CSM6850 就有对 SIC 算法的支持。

如果接收端具有多用户检测的能力,在无线通信系统中,就能达到多用户同 时传输数据的要求。针对多用户信号的检测,主要采用的算法是最优检测算法 (ML)和次优检测算法这两大类别。实际中通常采取的算法是次优多用户检测算

法,因为最优检测算法硬件复杂度会随着用户数指数的增大而增加,不利于实际 情况的操作,次优用户检测算法拥有更低的平衡复杂度和更加优化的检测性能。 次优多用户检测可以分为下面两大类:即线性多用户检测和非线性多用户检测。 前者是在判决之前对相关器的输出进行线性变换,最后再进行判决;后者根据已 知信号对干扰进行估算,然后从原信号中移除干扰信号,最后进行接收判决。具 体分类见下图:

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