基于張量低秩分解的長碼ds-cdma信號盲分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于盲解擴技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于缺失張量低秩分解的同步長碼 DS-CDMA信號盲分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直接序列擴頻值irectSequenceSpreadSpectrum,DSS巧通信技術(shù)是現(xiàn)代通信 技術(shù)中最常用的技術(shù)之一。因為該技術(shù)可W有效的提高無線通信的抗干擾和抗截獲能力， 所W在民用和軍事領(lǐng)域具有重要的實用價值和研究意義。DSSS通信技術(shù)在發(fā)送端將信息碼 和一個高速率的擴頻序列相乘，達到擴展信號頻譜、使信號譜密度降低的效果。
[0003] 根據(jù)擴頻序列周期和擴頻因子的大小關(guān)系，DSSS通信技術(shù)可分為長碼DSSS通信 技術(shù)和短碼DSSS通信技術(shù)兩種。當(dāng)擴頻序列周期大于擴頻因子時，DSSS通信技術(shù)為長碼 DSSS通信技術(shù)。在接收端，采用與發(fā)送端相同的擴頻序列與接收信號相乘，將發(fā)送的信號 頻譜恢復(fù)，但噪聲和干擾的頻譜被擴展，頻密度降低，運樣可W很容易的將信號從干擾中分 離出來。對于合作通信，幾手方知道發(fā)送時的擴頻序列，可W用已知的擴頻序列完成信號 頻譜恢復(fù)（解擴）；但是對于非合作接收方，需要從接收到的信號中估計出擴頻序列，然后 利用估計得到的擴頻序列完成對DS-CDM信號的分離。研究信號的盲分離技術(shù)在非合作 DS-CDM通信領(lǐng)域具有十分重要的意義。
[0004] 傳統(tǒng)的同步短碼DS-CDMA信號盲分離方法大多基于信號的協(xié)方差矩陣等二階或 高階統(tǒng)計量估計出信號的擴頻序列，對于同步長碼DS-CDM信號可W先將長碼信號分割為 多個相互重疊的子段，并聲稱各子段信號樣本均含一個信息碼元，運樣就可W用短碼的估 計方法來估計各個子段的擴頻序列，最后再通過拼湊所有擴頻序列子段來實現(xiàn)整個擴頻序 列的估計，擴頻序列估計出來之后，再利用估計得到的擴頻序列去完成解擴得到信息碼，最 終達到信號分離的目的。對于運些方法，要想提高估計精度通常需要較長的信號樣本，而在 一些實際情況中，非合作接收方無法得到較長的信號樣本，因此運些基于統(tǒng)計量的盲分離 方法就無法得到理想的效果。另外，傳統(tǒng)的多用戶盲分離方法為了抑制多用戶間的干擾，對 各用戶的擴頻碼和信息碼都有一定的要求，例如各用戶的擴頻序列要具有良好的正交性、 信息碼序列之間不相關(guān)或要具有恒模、有限集等特性等，而運些要求在工程應(yīng)用中經(jīng)常無 法得到滿足。在采用多通道接收的方法中，傳統(tǒng)的許多基于多通道的盲分離算法，需要先用 測向算法估計出信號的到達方向，再通過空域濾波來實現(xiàn)盲分離，而實際中的信號由于工 作在較低的信噪比的情況下，測向算法的估計精度很難保證，而且通道之間的幅度和相位 一致性也很難達到要求，因此運些方法的效果也并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適用于當(dāng)擴頻序列周期是擴頻 因子的非整數(shù)倍的同步長碼DS-CDM信號的盲分離方法，該方法將多通道截獲到的同步長 碼DS-CDMA信號的盲分離問題轉(zhuǎn)化為一個同步短碼DS-CDMA信號缺失張量模型的低秩分解 問題，然后通過插補ALS算法實現(xiàn)缺失張量模型的低秩分解，最終得到多用戶的信息碼矩 陣的估計，完成信號的盲分離。
[0006] 基于張量低秩分解的長碼DS-CDM信號盲分離方法，具體步驟如下：
[0007] S1、對多通道接收機截獲的同步長碼DS-CDMA信號估計得到碼速率、擴頻 因子G和擴頻波形周期以第1^個通道截獲到的信號W碼元速率采樣后可表示為
.其中，為第k個通道對 第r個用戶信號的接收增益，St為第r個用戶的采用BPSK調(diào)制的信息碼序列，瘋為信號樣 本中含信息碼的個數(shù)且源=「解巧>M表示向上取整，q(n)為矩形函數(shù)，當(dāng)nG[0，G)時 q(n) = 1，否則q(n) =0，ht為第r個用戶的擴頻序列，M表示接收到的信號樣本中共含有M個擴頻周期且M=N/L，vk(n)為第k個通道的方差為02的高斯白噪聲，N為固定樣本長 度；
[0008] S2、建模，得到的含有缺失數(shù)據(jù)的同步短碼DS-CDMA信號張量模型；
[0009] S3、將S2得到的含有缺失數(shù)據(jù)的同步短碼DS-CDMA信號張量模型通過插補ALS算 法實現(xiàn)缺失張量的低秩分解，得到多用戶信息碼的估計。
[0010] 進一步地，S2所述建模的具體步驟如下：
[0011] S21、短碼張量模型結(jié)構(gòu)及單通道短碼信號矩陣模型建模：短碼DS-CDMA信號張 量模型由Z個IX萬維矩陣組成，其中，ZX麻維矩陣護*>表示為第k個通道接收到的短碼 DS-CDMA信號，即化41;-滬十只。，其中，AW=Cliagbkii……a、r)，LXR維矩陣H為R個 用戶的擴頻碼，方Xi?維矩陣S為R個用戶的信息碼，矩陣為噪聲矩陣；
[0012] S22、單通道長碼信號矩陣建模成單通道短碼信號缺失矩陣：Lx萬維矩陣 為("化l-cl建模成的短碼信號的缺失矩陣，LxM維矩陣Z為加權(quán)矩陣，對于n= 0， 1......N-1，F(xiàn)'。和Z的第OnocKn'U+D行、第4妊/谷」+ 1)列的元素分別為y的W和 1，其它元素為0,即：爐> =護《0么，其中，L*」表示向下取整，O表示為fw的第1 (1 = 0, 1. . .L)行、第1..五r)列的元素和Z的第1行、第m列的元素的積；
[0013] S23、多通道長碼信號建模成短碼信號張量缺失模型：所有K個接收通道接收 到的同步長碼DS-CDM信號建模為同步短碼DS-CDM信號的缺失張量模型，可W寫成： 黃=采每Z，其中，同步短碼DS-CDMA信號張量模型歹沿著天線分集維的第k化=1，...，K) 個切片天，同步長碼DS-CDMA信號缺失張量模型弟沿著天線分集維的第k化= 1，. . .，K)個切片天，Z:, :,k=Z為加權(quán)張量。
[0014] 進一步地，S3所述插補A化算法具體步驟如下：
[0015] S31、令i=0并隨機初始化1(°)，分0，分。)；
[0016] S32、令i=i+1，計算:義規(guī)=芝卸尸'致;，滬'-|'=束?玄+義;式〇片-玄); r-l
[0019] S35、計算分')=[(樂。貨>>)+與了，其中，費為化atri-Rao積，（r表示求廣義逆，
[0020] S36、重復(fù)步驟S32~S35直到算法收斂或達到最大迭代次數(shù)Gm。,，算法收斂的 條件為

e為收斂的口限值，所述最大迭代次數(shù)Gm。、為經(jīng)驗值；
[0021]S37、為了提高算法性能，重復(fù)步驟S331~S36G。次，選擇迭代效果最好的一次作 為最終結(jié)果，其中，重復(fù)次數(shù)G。為經(jīng)驗值。
[0022]進一步地，S36所述e= 1X10 6。
[0023] 進一步地，S36所述最大迭代次數(shù)Gmax= 500。
[0024]進一步地，S37 所述Ga= 10。
[00巧]本發(fā)明的有益效果：
[0026] 本發(fā)明針對BPSK調(diào)制的同步長碼DS-CDMA信號，通過多通道接收，建模成同步短 碼DS-CDM信號的缺失張量模型，由于張量模型的可辨識性，通過張量模型的低秩分解直 接得到多用戶的信息碼矩陣估計。計算機仿真表明本發(fā)明即使在低信噪比或短數(shù)據(jù)情況下 依然具有較好的性能。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明基于缺失張量低秩分解的同步長碼DS-CDMA信號盲分離方法的一種
【具體實施方式】流程圖。
[0028]圖2是多通道接收機的示意圖。
[0029] 圖3是同步短碼DS-CDMA信號張量模型示意圖。
[0030]圖4是第k個通道接收到的長碼信號建模為缺失短碼信號模型示意圖（灰色部分 為數(shù)據(jù)缺失部分）。
[0031] 圖5是同步長碼DS-CDM信號建模成的同步短碼DS-CDM信號的缺失張量模型示 意圖。
[0032] 圖6是同步短碼DS-CDM信號張量低秩分解的模型示意圖。
[0033] 圖7是實施例I中在通道數(shù)一定的情況下，不同用戶數(shù)的信息碼矩陣估計值的誤 碼率隨信噪比的變化曲線。
[0034] 圖8是實施例2中在用戶數(shù)一定的情況下，不同通道數(shù)的信息碼矩陣估計值的誤 碼率隨信噪比的變化曲線。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合實施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[003引 實施例1、
[0037] 在通道個數(shù)固定的情況下，對不同用戶個數(shù)的信息碼矩陣誤碼率隨SNR(Signal NoiseRate,信噪比）變化進行仿真。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明實現(xiàn)同步長碼DS-CDMA信號盲分離方法包括W下步驟：
[0039] 步驟1 :采用如圖2所示的多通道接收機截獲的同步長碼DS-CDMA信號，估計 得到碼速率、擴頻因子G和擴頻波形周期以本次實施假設(shè)G=30,L=63,固定信號 樣本長度N=50XL=3150,通道個數(shù)為K=4,用戶個數(shù)為R=3和R=4,信噪比 SNR從-10地到-2地變化。第k個天線截獲到的信號經(jīng)過W碼元速率采樣后可表示為
[0040] 其中，為