專利名稱：一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的mmse-bdfe多用戶檢測系統(tǒng)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，特別是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE(Minimum Mean
Square Error Block Decision Feedback Equalizer-最小均方誤差數(shù)據(jù)塊判決反饋均
衡器)多用戶檢測系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術(shù)：
由于無線信道的多徑效應(yīng)和時(shí)變性，碼字不可能完全正交，因此TD-SCDMA系統(tǒng)中 必然存在多址干擾(Multiple Access Interference, MAI)。隨著用戶數(shù)的增多或某些用戶信號功率的加強(qiáng)，MAI就會成為CDMA系統(tǒng)的主要干擾。另一方面，移動用戶的位置不斷變化及深度衰落的存在，強(qiáng)功率用戶的信號會抑制弱功率用戶的信號，系統(tǒng)性能嚴(yán)重惡化，即所謂的“遠(yuǎn)近效應(yīng)”。這些問題的存在都嚴(yán)重地限制了 CDMA系統(tǒng)的容量和性能。多用戶檢測技術(shù)(MUD)充分利用擴(kuò)頻碼的結(jié)構(gòu)信息與統(tǒng)計(jì)信息聯(lián)合檢測多個(gè)用戶的信號，能夠很好地抑制MAI。MMSE-BDFE是在最小均方誤差的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的檢測技術(shù)，它利用反饋來降低干擾對信號的影響，具有更好的檢測性能，但它的算法復(fù)雜度很高，因此在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)起來較為困難。Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功地引入了“能量函數(shù)”的概念，給出了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性判據(jù)，當(dāng)用于優(yōu)化計(jì)算時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值是確定的。本文通過將目標(biāo)函數(shù)與能量函數(shù)相對應(yīng)，使得高復(fù)雜度的多用戶檢測問題轉(zhuǎn)化成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)求解問題。正因?yàn)镠opfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在解決組合優(yōu)化問題方面的獨(dú)特魅力，它才被廣泛用于多用戶檢測之中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的麗SE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)及其工作方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種并行處理能力強(qiáng)，而且運(yùn)行速度快，可以有效降低多用戶檢測技術(shù)復(fù)雜度的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括接收機(jī)、加噪器、采樣器、濾波器、信道估計(jì)單元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元；其中，所述接收機(jī)的輸入端在空間信道接收來自天線的用戶信息，其輸出端連接采樣器的輸入端；所述加噪器的輸出端將噪聲輸送給采樣器的輸入端；所述采樣器的輸出端連接濾波器的輸入端；所述濾波器的輸出端連接信道估計(jì)單元的輸入端；所述信道估計(jì)單元的輸出端連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸出端輸出所需信號。所述加噪器輸出的是高斯白噪聲。所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元是由矩陣計(jì)算模塊、分離實(shí)部和虛部模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、取實(shí)部模塊、相乘模塊和判決模塊構(gòu)成；其中，所述矩陣計(jì)算模塊接收用戶發(fā)送的信號幅度A、經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼S信號；其輸出端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸出端，其輸出端與相乘模塊的輸入端連接；所述相乘模塊的輸入端還與取實(shí)部模塊的輸出端連接，其輸出端與判決模塊的輸入端連接；所述取實(shí)部模塊的輸入端提取接收機(jī)接收的信號。所述S是I XK矩陣，其第k列為第k個(gè)用戶的經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼；所述A表示用戶發(fā)送的信號的幅度，是KXK矩陣。 一種上述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟①收機(jī)天線接收到來自空間信道的用戶信息!■，基站接收機(jī)先進(jìn)行幀同步和時(shí)隙同步處理，然后由加噪器加入白噪聲η,以獲取含有噪聲的信息r' ,作為米樣器的輸入；②步驟①中得到的信息r'以脈沖的形式進(jìn)入信道，產(chǎn)生等效的沖激響應(yīng)h(k)(τ)，于是用戶在接收端的等效信號就是e_(t)，e_(t)是關(guān)于h(k)(T)的函數(shù)，經(jīng)過采樣
器和濾波器后，對h(k) ( τ )在T時(shí)刻采樣，得到接受信號的樣點(diǎn)值，
,K
Ye\k) + [Ui) Λ< < XO+ W -I ei =1^ ~
.(I其他(I)ei是濾波器的輸入，目的是濾掉帶外輻射，N為用戶發(fā)送的符號數(shù)目，Q為擴(kuò)頻系數(shù)，W是h(k)(0的有效窗長。③將濾波后的信號輸入到信道估計(jì)模塊進(jìn)行處理；在此模塊中產(chǎn)生每個(gè)時(shí)隙中第k個(gè)用戶訓(xùn)練序列m(k)，訓(xùn)練序列經(jīng)過信道產(chǎn)生沖激響應(yīng)e(k)=m(k)*h(k)，在此m(k)用一個(gè)新的
移位矩陣G(k)來替代，Gw = (G^)l ，所以e(k)=G(k)*h(k)，考慮到高斯噪聲，
V1)]卜(1)]卜(1)_eW= e(:) =[Gm G(2)...,G⑷]//2) + "a) =Gh+
A W WU)反卷積得到每個(gè)用戶信息的沖激響應(yīng)h(k)，正確的提取了用戶信息，輸入到信號檢測處理單元；④在信號檢測處理單元中，步驟③中e(k)對應(yīng)的信號向量形式r (n) =SAb (η) +η (η)，其中，S是I XK矩陣；Α是KXK矩陣，為多用戶信號幅度組成的對角線矩陣；b是KX I矩陣，表示用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，它們輸入到矩陣計(jì)算模塊，得到矩陣Q=RA2+σ 21，其中，R為擴(kuò)頻序列的互相關(guān)矩陣；σ 2是噪聲功率，I是單位陣；信號向量通過信號檢測單元的分離實(shí)部和虛部模塊得到實(shí)部Qk和虛部Q1 ;矩陣Q對應(yīng)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)矩陣W，從而得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)
Ir/ I ) =-- W^-Iv(3)⑤將各用戶發(fā)送的信息數(shù)據(jù)b設(shè)置為Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量V，取偏置電流I作為用戶的擴(kuò)頻序列S，其中，S=AkSk ；分離實(shí)部和虛部同時(shí)，取實(shí)部模塊對信號向量r提取實(shí)部rK，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)矩陣W與信號向量的實(shí)部結(jié)合，通過判決模塊進(jìn)行函數(shù)sgn(Re{L|)處理，最后輸出v = b = Sgn(Wr)的信號，完成工作。本發(fā)明的工作原理加噪器輸出的是高斯白噪聲；采樣器，是對接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽樣處理；濾波器，這里采用脈沖成形濾波，作用是把矩形脈沖數(shù)據(jù)變換成適合信道傳播的波形，通過使發(fā)送信號的頻譜嚴(yán)格限制在帶寬內(nèi)來減少符號間干擾；信道估計(jì)，首先對處理過后的突發(fā)進(jìn)行解復(fù)用，分為混合數(shù)據(jù)部分和混合的midamble序列；在接收端，后者用來進(jìn)行信道估計(jì)，它的作用是從含噪聲信號中恢復(fù)出各用戶原始信息序列h(k);信號檢測處理單元，用于實(shí)時(shí)接收解調(diào)出的用戶數(shù)據(jù)。在信號檢測處理時(shí)，由于接收端的信號一般為復(fù)數(shù)信號，通過分離接收端的信號向量的實(shí)部和虛部，得到MMSE-BDFE代價(jià)函數(shù)的實(shí)數(shù)形式Jf^SE-BDFE的代價(jià)函數(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)E (V)互相關(guān)聯(lián)，麗SE-BDFE算法的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)最小化問題，以致于能夠統(tǒng)一地估計(jì)出所有用戶的信息序列而更好地抑制多址干擾。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，麗SE-BDFE計(jì)算復(fù)雜度降低；將MMSE-BDFE優(yōu)化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)互相滲透，抑制多址干擾，提高通信質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性；將多用戶檢測的優(yōu)化問題與Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)對應(yīng)起來，提高了可實(shí)時(shí)性。


圖I是本發(fā)明提供的一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE檢測方法的信號檢測處理單
J Li ο
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)(見圖I )，其特征在于它包括接收機(jī)、加噪器、采樣器、濾波器、信道估計(jì)單元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元；其中，所述接收機(jī)的輸入端在空間信道接收來自天線的用戶信息，其輸出端連接采樣器的輸入端；所述加噪器的輸出端將噪聲輸送給采樣器的輸入端；所述采樣器的輸出端連接濾波器的輸入端；所述濾波器的輸出端連接信道估計(jì)單元的輸入端；所述信道估計(jì)單元的輸出端連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸出端輸出所需信號。所述加噪器(見圖I)輸出的是高斯白噪聲。所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元(見圖2)是由矩陣計(jì)算模塊、分離實(shí)部和虛部模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、取實(shí)部模塊、相乘模塊和判決模塊構(gòu)成；其中，所述矩陣計(jì)算模塊接收用戶發(fā)送的信號幅度A、經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼S信號；其輸出端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸出端，其輸出端與相乘模塊的輸入端連接；所述相乘模塊的輸入端還與取實(shí)部模塊的輸出端連接，其輸出端與判決模塊的輸入端連接；所述取實(shí)部模塊的輸入端提取接收機(jī)接收的信號。所述S是I XK矩陣，其第k列為第k個(gè)用戶的經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼；所述A表示用戶發(fā)送的信號的幅度，是KXK矩陣。
一種上述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)的工作方法(見圖2)，其特征在于它包括以下步驟①收機(jī)天線接收到來自空間信道的用戶信息r，基站接收機(jī)先進(jìn)行幀同步和時(shí)隙同步處理，然后由加噪器加入白噪聲η,以獲取含有噪聲的信息r' ,作為米樣器的輸入；
②步驟①中得到的信息r'以脈沖的形式進(jìn)入信道，產(chǎn)生等效的沖激響應(yīng)h(t)(τ)，于是用戶在接收端的等效信號就是e_(t)，e_(t)是關(guān)于h(t)(T)的函數(shù)，經(jīng)過采樣
器和濾波器后，對h(t) ( τ )在T時(shí)刻采樣，得到接受信號的樣點(diǎn)值e,”1，
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_O其&(Uei是濾波器的輸入，目的是濾掉帶外輻射，N為用戶發(fā)送的符號數(shù)目，Q為擴(kuò)頻系數(shù)，胃是^)(0的有效窗長。③將濾波后的信號輸入到信道估計(jì)模塊進(jìn)行處理；在此模塊中產(chǎn)生每個(gè)時(shí)隙中第k個(gè)用戶訓(xùn)練序列m(t)，訓(xùn)練序列經(jīng)過信道產(chǎn)生沖激響應(yīng)一)=!!^)#^)，在此Vt)用一個(gè)新的
移位矩陣6“)來替代，G = (G；/')L.r ,所以^=G(tVt)，考慮到高斯噪聲，
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,(2)u(2)(T)#)= : =[G⑴ G ).'G⑷]Λ +' =Gh+η
W Wiz)反卷積得到每個(gè)用戶信息的沖激響應(yīng)1^)，正確的提取了用戶信息，輸入到信號檢測處理單元；④在信號檢測處理單元中，步驟③中e(t)對應(yīng)的信號向量形式r (n) =SAb (η) +η (η)，其中，S是I XK矩陣；Α是KXK矩陣，為多用戶信號幅度組成的對角線矩陣；b是KX I矩陣，表示用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，它們輸入到矩陣計(jì)算模塊，得到矩陣Q=RA2+σ 21，其中，R為擴(kuò)頻序列的互相關(guān)矩陣；σ 2是噪聲功率，I是單位陣；信號向量通過信號檢測單元的分離實(shí)部和虛部模塊得到實(shí)部Qk和虛部Q1 ;矩陣Q對應(yīng)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)矩陣W，從而得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)1 (^) =-γ'1 Wv-11V(3)⑤將各用戶發(fā)送的信息數(shù)據(jù)b設(shè)置為Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量V，取偏置電流I作為用戶的擴(kuò)頻序列S，其中，S=AkSk ；分離實(shí)部和虛部同時(shí)，取實(shí)部模塊對信號向量r提取實(shí)部rK，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)矩陣W與信號向量的實(shí)部結(jié)合，通過判決模塊進(jìn)行函數(shù)
sgn(Re{5)處理，取后fel出V = 6 = Sgn(Wr) 可，兀成工作。
權(quán)利要求
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括接收機(jī)、加噪器、采樣器、濾波器、信道估計(jì)單元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元；其中，所述接收機(jī)的輸入端在空間信道接收來自天線的用戶信息，其輸出端連接采樣器的輸入端；所述加噪器的輸出端將噪聲輸送給采樣器的輸入端；所述采樣器的輸出端連接濾波器的輸入端；所述濾波器的輸出端連接信道估計(jì)單元的輸入端；所述信道估計(jì)單元的輸出端連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元的輸出端輸出所需信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于所述加噪器輸出的是高斯白噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元是由矩陣計(jì)算模塊、分離實(shí)部和虛部模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、取實(shí)部模塊、相乘模塊和判決模塊構(gòu)成；其中，所述矩陣計(jì)算模塊接收用戶發(fā)送的信號幅度A、經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼S信號；其輸出端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸入端；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端連接分離實(shí)部和虛部模塊的輸出端，其輸出端與相乘模塊的輸入端連接；所述相乘模塊的輸入端還與取實(shí)部模塊的輸出端連接，其輸出端與判決模塊的輸入端連接；所述取實(shí)部模塊的輸入端提取接收機(jī)接收的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于所述S是I XK矩陣，其第k列為第k個(gè)用戶的經(jīng)過信道干擾后的擴(kuò)頻碼；所述A表示用戶發(fā)送的信號的幅度，是KXK矩陣。
5.一種權(quán)利要求I所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟 ①接收機(jī)天線接收到來自空間信道的用戶信息r，基站接收機(jī)先進(jìn)行幀同步和時(shí)隙同步處理，然后由加噪器加入白噪聲η,以獲取含有噪聲的信息r' ,作為米樣器的輸入； ②步驟①中得到的信息r'以脈沖的形式進(jìn)入信道，產(chǎn)生等效的沖激響應(yīng)h(k)( τ )，于是用戶在接收端的等效信號就是e_(t)，e_(t)是關(guān)于h(k) ( τ )的函數(shù)，經(jīng)過采樣器和濾波器后，對h(k) ( τ )在T時(shí)刻采樣，得到接受信號的樣點(diǎn)值，
全文摘要
一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MMSE-BDFE多用戶檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括接收機(jī)、加噪器、采樣器、濾波器、信道估計(jì)單元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號檢測處理單元；其工作方法為接收信號、獲取噪聲、采樣濾波、數(shù)據(jù)函數(shù)處理以及信號輸出；其優(yōu)越性為結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，MMSE-BDFE計(jì)算復(fù)雜度降低；將MMSE-BDFE優(yōu)化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交叉，抑制多址干擾，提高通信質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性；將多用戶檢測的優(yōu)化問題與Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)對應(yīng)起來，提高了可實(shí)時(shí)性。
文檔編號H04B1/7105GK102868422SQ20121033094
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者何宏, 李丹, 張志宏, 徐曉寧 申請人:天津理工大學(xué)