專利名稱：基于耦合優(yōu)化算法的cdma多用戶檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域的檢測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種針對(duì)碼 分多址通信系統(tǒng)的基于耦合優(yōu)化算法的多用戶檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
碼分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)擴(kuò)頻通信作為第三代移動(dòng)通 信系統(tǒng)的多址接入方案，是建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上，以擴(kuò)頻通信技術(shù)為基 礎(chǔ)的多址技術(shù)，具有信號(hào)隱蔽性好、具有容量大、抗多徑衰落能力強(qiáng)、頻帶利用率高、易于無(wú) 縫切換等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際的CDMA通信系統(tǒng)中，由于不同用戶的隨機(jī)接入，很難做到擴(kuò)頻碼完 全正交，進(jìn)而不可避免存在多址干擾(Multiple Access Interference，MAI)，它的存在嚴(yán) 重影響了系統(tǒng)的性能及容量，而多用戶檢測(cè)技術(shù)(MultipleUser Detection,MUD)是解決多 址干擾最有效的方法之一。傳統(tǒng)檢測(cè)器，雖然易于實(shí)現(xiàn)，但抗多址干擾的能力較差，且易受 到遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響，使得系統(tǒng)性能嚴(yán)重下降。多用戶檢測(cè)的想法最早是由K. S. Schneider 于1979年提出來(lái)。1984年，美國(guó)學(xué)者S. Verdu提議和分析了最優(yōu)多用戶檢測(cè)和最大序列檢 測(cè)器，認(rèn)為多址干擾是具有一定結(jié)構(gòu)的有效信息，理論上證明采用最大似然序列檢測(cè)可以 逼近單用戶接收性能，并有效地克服了遠(yuǎn)近效應(yīng)，大大提高了系統(tǒng)容量，從而開始了對(duì)多用 戶檢測(cè)的廣泛研究。然而，這一檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中，其復(fù)雜度為2κ(Κ為用戶數(shù))， 這在工程上基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。于是，人們開始集中研究并提出了一些具有抗遠(yuǎn)近效應(yīng)、合理計(jì)算復(fù)雜度的次優(yōu) 多用戶檢測(cè)技術(shù)。特別地，由于多用戶檢測(cè)可以歸結(jié)為組合優(yōu)化問(wèn)題，學(xué)者們將多用戶檢測(cè) 與優(yōu)化算法結(jié)合提出了一些智能檢測(cè)方法，如遺傳算法、粒子群算法、Lagrange乘子法神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等等。但是，遺傳算法計(jì)算量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、收斂速度較慢；粒子群算法具有早 熟收斂、運(yùn)算量較大等缺點(diǎn)。另外，這兩種方法由于都不是通過(guò)參數(shù)空間嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立 的，所以都不是嚴(yán)格意義可靠的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并且這些設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)參數(shù)依賴比較嚴(yán) 重。而利用Lagrange乘子法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法時(shí)，初始點(diǎn)的選取不當(dāng)很容易使系統(tǒng)陷入局部最 小值，需要通過(guò)多點(diǎn)測(cè)試逐步完善優(yōu)化。因此，有必要建立一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用多點(diǎn)測(cè)試間的信息，綜合考慮計(jì)算復(fù)雜 度、快速收斂性、高效搜索能力、全局性等方面的切實(shí)可行的多用戶檢測(cè)優(yōu)化算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于搜索粒子間耦合的優(yōu)化算 法的CDMA多用戶檢測(cè)技術(shù)，其能降低計(jì)算復(fù)雜度，充分利用搜索粒子間的協(xié)同搜索機(jī)制， 具有高效搜索和全局搜索的能力，在噪聲干擾較大的情況下仍具有精確檢測(cè)所有用戶所占 全部碼道上的數(shù)據(jù)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳接收效果。在使用本發(fā)明所涉及多用戶檢測(cè)技術(shù)時(shí)，考慮加性高斯白噪聲環(huán)境中具有K個(gè)用戶異步直擴(kuò)碼分序列多址系統(tǒng)，發(fā)射的二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)符號(hào)經(jīng)各自的多徑信道傳 播，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為
權(quán)利要求
1.基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征是所述方法包括如下步驟(1)CDMA多用戶通訊系統(tǒng)的接收裝置檢測(cè)接收信號(hào)r(t)和當(dāng)前K個(gè)用戶所占全部碼道 的信號(hào)幅度Ak、碼元間隔T、特征波形sk，建立矩陣A和歸一化的互相關(guān)矩陣R，k = 1，2，…， K；(2)將接收信號(hào)r(t)通過(guò)一組匹配濾波器生成不同用戶的基帶等效信號(hào)y，構(gòu)造矩陣 Y = Ay和H = ARA,并建立無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題
2.如權(quán)利要求1所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于， 步驟1中所述矩陣A和歸一化的互相關(guān)矩陣R的計(jì)算公式為A = CliagiA1,…，Aj,
3.如權(quán)利要求1所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 3中所述的粒子變量2W = [^0=
4.如權(quán)利要求3所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 3中所述的等式約束優(yōu)化問(wèn)題建立過(guò)程是將優(yōu)化問(wèn)題式6轉(zhuǎn)化為使q個(gè)搜索粒子ζ⑴的平均搜索能量成本
5.如權(quán)利要求3所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 4中所述增廣Lagrangian函數(shù)L(z(i)，λ ω)為
6.如權(quán)利要求5所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 5中所述的罰因子Y ω的變化自適應(yīng)率為產(chǎn)彳=/^^^-^^，β >0為罰因子演化的自適 應(yīng)系數(shù)，用以調(diào)整罰因子的變化速率，進(jìn)而改變搜索步長(zhǎng)；所述的最終演化方程組為
7.如權(quán)利要求1所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 6中所述的混沌生成算法產(chǎn)生均勻分布于搜索空間的一組初始粒子，其步驟包括(a)給定第i 個(gè)初始粒子
8.如權(quán)利要求1所述的基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，其特征在于，步驟 7中所述的罰因子參數(shù)和Lagrange乘子參數(shù)初始值Y (i) (0), λ⑴(0)，i = 1,2,…，q在 區(qū)間(0，1)中的隨機(jī)取值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于耦合優(yōu)化算法的CDMA多用戶檢測(cè)方法，將多用戶檢測(cè)的組合優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不同用戶信息碼元的無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)每個(gè)用戶的信息碼元構(gòu)建q個(gè)不同初始點(diǎn)的相互耦合的搜索粒子；將原優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為以搜索粒子間的平均搜索能量成本為目標(biāo)函數(shù)、以搜索粒子對(duì)之間的耦合作用為等式約束條件的等式約束優(yōu)化問(wèn)題；采用混沌算法產(chǎn)生均勻覆蓋搜索域的初始粒子；通過(guò)搜索粒子間耦合作用，實(shí)現(xiàn)協(xié)同智能化搜索；引入罰因子自適應(yīng)率，充分利用搜索過(guò)程粒子間的演化信息，提高搜索效率和優(yōu)化性能。本發(fā)明適用于以CDMA為特征的3G移動(dòng)通信系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)等系統(tǒng)多用戶檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H04B1/7103GK102006098SQ20101057426
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者葉倩, 崔寶同, 樓旭陽(yáng) 申請(qǐng)人:江南大學(xué)