異步短碼DS‑CDMA信號盲解擴方法與流程
2023-12-08 22:37:26 2
本發明屬於盲解擴技術領域，尤其涉及一種基於ilsp算法的異步短碼ds-cdma信號盲解擴方法。
背景技術：
直接序列擴頻(dsss，directsequencespreadspectrum)通信技術由於其優秀的抗幹擾和抗截獲能力，廣泛的應用於民用和軍事通信領域，因此具有十分深遠的實用價值和研究意義。dsss通信技術是在信號發送時，利用高速率的擴頻序列與信息碼序列相乘，使得信號的頻譜被擴寬，譜密度降低，在接收方，再用與發送時相同的高速序列與接收到的信號相乘，使信號的頻譜恢復完成解擴，而噪聲和幹擾的頻譜卻被擴展了，譜密度降低，這樣就很容易將噪聲和幹擾從信號中濾除。對於合作接收方，可以用預先知道的擴頻序列從接收信號中解擴得到傳輸的信息碼序列，但對於非合作接收方需要對接收的信號進行處理，從中提取出信號擴頻序列，然後用估計得到的擴頻序列解擴得到傳輸信息碼序列。多用戶場景，每個用戶採用不同的擴頻碼序列，此時的得到的擴頻序列為ds-cdma信號，在實際應用中ds-cdma信號的應用更加廣泛，因此對ds-cdma信號的盲解擴研究意義更大。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提出了一種異步短碼ds-cdma信號盲解擴方法，本發明提出的方法適用於異步短碼ds-cdma信號盲解擴問題。
為實現上述發明的目的，本發明包括以下步驟：
s1、異步短碼ds-cdma信號的各個用戶信號到達時間不同即各個用戶的延遲不同，因此非合作接收端接收到的異步短碼ds-cdma信號經碼元速率採樣後表示為其中，r表示用戶個數，n為信號樣本長度，為用戶r的信號幅度，τr表示第r個用戶的傳輸時延，η(n)表示方差為σ2的高斯白噪聲，m為異步短碼dars-cdma信號中的信息碼個數，sr表示用戶r的信息碼序列，l表示擴頻序列的周期，cr表示用戶r的擴頻碼序列；
s2、異步短碼ds-cdma信號的矩陣形式可寫為y＝hast+n，用戶r的子矩陣塊sr和hr的結構為其中，2r×2r維對角矩陣a＝diag(a1,a1,……ar,ar)，l×2r維矩陣h為r個用戶的l×2r維擴頻序列矩陣c構造而成的矩陣，m×2r維矩陣s是由(m-1)×r維信息碼矩陣b的元素構造，矩陣n為噪聲矩陣；
s3、對於上述介紹的ds-cdma信號矩陣模型，由於矩陣s結構特殊和元素±1特性，而矩陣a為對角矩陣及可以歸入矩陣h中，直接採用ilsp算法分解得到s矩陣，具體實現步驟如下：
s31、令i＝0，隨機初始化m×2r維矩陣
s32、令i＝i+1，計算
s33、計算
s34、重複s32-s33直到算法收斂或達到最大迭代次數，算法收斂的條件為其中，ε為收斂的門限值，ε＝1×10-9，最大迭代次數設為50；
s4、得到擴頻碼矩陣h的估計矩陣由估計得到的矩陣解擴得到用戶信息碼矩陣的估計矩陣
進一步地，為了提高算法性能，重複s1-s34q次(本方法選為40)，選擇τ最小的一次作為最終結果,其中，q為不為零的自然數。
進一步地，為了提高算法性能，重複s1-s34q＝40次，選擇τ最小的一次作為最終結果。
本發明的有益效果是：
本發明為基於ilsp算法異步短碼ds-cdma信號盲解擴方法，將接收到的異步短碼ds-cdma信號建模成矩陣形式，然後根據信息碼矩陣的特殊結構和±1特性，利用ilsp算法對接收信號矩陣進行分解，得到估計矩陣最後利用聯合信道矩陣解擴得到用戶信息碼矩陣。計算機仿真表明本發明即使在低信噪比條件下依然具有較好的性能
附圖說明
圖1是本發明基於ilsp算法的異步短碼ds-cdma信號盲解擴方法的一種具體實施方式流程圖。
圖2是本發明具體實施中，不同用戶數的信息碼矩陣估計矩陣的誤碼率隨信噪比的變化曲線。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行說明。
本次實施的目的是對不同用戶個數的信息碼矩陣誤碼率隨信噪比變化進行仿真，圖1是本發明基於ilsp算法的異步短碼ds-cdma信號的一種具體實施方式流程圖。如圖1所示，本發明實現異步短碼ds-cdma信號盲解擴方法包括以下步驟：
步驟1：接收到的異步短碼ds-cdma信號可表示為
其中，r表示用戶的個數，本次實施為r＝2和r＝3，ar為第r個用戶的信號幅度，本次實施中為隨機數，sr為第r個用戶的信息碼序列，本次實施中信息碼序列和擴頻碼序列都為±1序列，m為信息碼個數，本次實施m＝30，擴頻增益l＝31，cr表示用戶r的擴頻碼序列。η(n)為方差為σ2的高斯白噪聲。
步驟2：由步驟1可知，異步短碼ds-cdma信號的矩陣形式可寫為
y＝hast+n
其中2r×2r維對角矩陣a＝diag(a1,a1,……ar,ar)，l×2r維矩陣h為r個用戶的l×2r維擴頻序列矩陣c構造而成的矩陣，m×2r維矩陣s是由(m-1)×r維信息碼矩陣b的元素構造，矩陣n為噪聲矩陣。
單個用戶r的子矩陣塊sr和hr的結構為
步驟3：對於上述介紹的ds-cdma信號矩陣模型，由於矩陣s結構特殊和元素±1特性，而矩陣a為對角矩陣及可以歸入矩陣h中，我們可以直接採用ilsp算法分解得到s矩陣。
具體實現步驟：
(1)令i＝0，隨機初始化m×2r維矩陣
(2)令i＝i+1，計算
(3)計算
(4)重複步驟(2)～(3)直到算法收斂或達到最大迭代次數，算法收斂的條件為
其中ε為收斂的門限值，通常取為1×10-9，在本算法中，最大迭代次數設為50。
(5)為了提高算法性能，重複步驟(1)～(4)多次(本方法選為40)，選擇效果最好(τ最小)的一次作為最終結果。
步驟4：得到擴頻碼矩陣h的估計矩陣由估計得到的矩陣解擴得到用戶信息碼矩陣的估計矩陣
將得到的估計矩陣與原數據矩陣進行比對，統計誤碼率，同時與相同情況下的合作通信進行對比(合作通信時，聯合信道矩陣h為已知，通過公式s＝sign(h-1y)可求得用戶信息碼矩陣)，並繪製誤碼率隨信噪比變化的曲線。本次實施進行1000次蒙特卡洛實驗，最終得到的信息碼矩陣誤碼率隨snr變化曲線如圖2所示。從圖中可以看出本發明提出的盲解擴方法在低信噪比情況下性能良好，誤碼率隨用戶數的增加而增大，與理論相符。