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专利号: 2016112454748
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.WCDMA信号扰码估计和信源信息盲解码方法,其特征在于首先将接收到的载波频率未知和多用户叠加在一起的WCDMA信号建模,然后利用复独立分量分析分离不同用户的扰码和信息码,最后利用锁相环技术去除扰码和信息码中的剩余频偏。2.根据权利要求1所述的WCDMA信号扰码估计和信源信息盲解码方法,其特征在于具体包括如下步骤:步骤1 .WCDMA上行专用物理信道包含上行专用物理数据信道和上行专用物理控制信道,在每个无线帧内DPDCH和DPCCH是I/Q码复用的,将接收到的多用户和未知频偏的WCDMA信号,转化为基带信号y(n):其中,dIk(n)表示第k个用户的DPDCH信息序列,wIk(n)为对应的OVSF码;dQk(n)表示第k个用户的DPCCH信息序列,wQk(n)为对应的OVSF码,其扩频因子为256;sIk(n)和sQk(n)分别表示第k个用户的长扰码实部和虚部,也就是截短的gold序列,长度和WCDMA信号一帧的长度一致,为38400个码片;h(n)为采用滚降因子为0.22的根升余弦滤波器;vk(n)服从单位均值的高斯分布;N表示接收到信号的长度;步骤2.为将WCDMA信号建模为盲源分离结构模型,将接收到的信号按照DPDCH信道OVSF码周期进行等帧间隔采样;步骤3.利用PCA对观测矩阵进行白化,通过基于复数Fast-ICA算法对白化后的数据进行处理;步骤4.对观测矩阵中的信息码向量Bm进行数据解调和扰码估计;步骤5.由于所得到扰码序列是部分序列,故根据步骤1-步骤4能够依次估计出长度为L的扰码序列片段,然后再拼接在一起,从而得到完整的扰码序列。3.根据权利要求2所述的WCDMA信号扰码估计和信源信息盲解码方法,其特征在于步骤2所述的为将WCDMA信号建模为盲源分离结构模型,将接收到的信号按照DPDCH信道OVSF码周期进行等帧间隔采样,具体如下:2-1.将接收到的多用户WCDMA信号按照DPDCH信道OVSF码周期进行等帧间隔采样,长扰码Sk=sIk+jsQk为第k个用户截短的长度为38400的Gold序列,wIk为第k个用户的DPDCH信道的OVSF码,dIk(·)为第k个用户DPDCH信道信息序列,长扰码周期T=38400,L为DPDCH信道的OVSF码长度,M为帧数,对于接收到的信号,在第一帧中,从第一个码片开始连续采样长度为L的数据,然后忽略余下的数据,再从第二帧的第一个码片开始连续采样长度为L的数据,并忽略第二帧中后面的数据,根据第一帧和第二帧的情况,依次对后续的数据帧进行等帧间隔采样;同理,DPCCH信道所示帧采样结构与DPDCH信道所示帧采样结构相同,其帧采样周期也是DPDCH信道OVSF码长;由于每个用户的OVSF码和扰码都不相同,所以每个用户通过OVSF码和扰码组成的新的扩频序列也不相同;将接收到的多用户WCDMA信号看成是各个用户的业务信道和控制信道在不同码空间的投影,因此接收到多用户WCDMA信号能够建模成盲源分离的形式;2-2.将WCDMA信号建模为盲源分离结构模型,具体表述如下:由于每一帧的长度T=38400,则根据帧间隔采样图,第m帧采样的数据形成一个向量,表示为:Y′m=[y((m-1)*38400+1) ,y((m-1)*38400+2) ,...,y((m-1)*38400+L)]   (2)根据WCDMA信号的结构,以及公式(1)和(2),将帧等间隔采样后的向量Y′m能够建模成观测矩阵:Ym=GBm+Vm  m=1,2,…,M   (3)式(3)中,G是多用户载波调制的扩频序列组成的混合矩阵,Bm是由多用户组成的载波调制的第m帧信息码向量,Vm是方差为σ2的高斯噪声在第m帧采样得到的向量,其中:式(4)中,Ck1表示第k个用户DPDCH信道中OVSF码和扰码叠加在一起的载波调制的扩频序列,Ck2表示第k个用户DPCCH信道中OVSF码和扰码叠加在一起的载波调制的扩频序列,bk1m和bk2m分别表示第k个用户DPDCH信道和DPCCH信道载波调制的第m帧信息码;即:式(5)中,Δωk为第k个用户的载波频率,cI1k(i)=wIk(i)·sIk(i),cI2k(i)=wIk(i)·sQk(i)表示为DPDCH信道的OVSF码分别与扰码实部和虚部叠加组成的新的扩频码,cQ1k(i)=wQk(i)·sIk(i),cQ2k(i)=wQk(i)·sQk(i)表示为DPCCH信道的OVSF码分别与扰码实部和虚部叠加组成的新的扩频码,由于DPCCH信道的OVSF码为全1码片,故叠加的新的扩频序列还是扰码本身,即:cQ1k(i)=sIk(i),cQ2k(i)=sQk(i);式(6)中,bIk(m),bQk(m)分别表示第k个用户的DPDCH和DPCCH信道的第m帧信息码,且bIk(m)=dIk(T(m-1)/L),bQk(m)=dQk(T(m-1)/L);由公式(3-6)可知,混合矩阵G是扰码和OVSF码叠加的新的扩频码以QPSK调制在载波Δωk上构成,每帧信息码Bm是以BPSK调制在载波Δωk·T上构成,每一个信号对应两个信号子空间;由于混合矩阵是满秩,且信源是统计独立的,所以多用户WCDMA信号经过时域截段取值后,能够建模成时域盲源分离的形式;此时,通过盲源分离算法可以对所有用户载波调制的信息码Bm和扩频序列G进行估计。4.根据权利要求2所述的WCDMA信号扰码估计和信源信息盲解码方法,其特征在于步骤3所述的利用PCA对观测矩阵进行白化,通过基于复数Fast-ICA算法对白化后的数据进行处理;具体如下所述:3-1.利用PCA对观测矩阵进行白化:根据观测矩阵Ym=GBm+Vm(m=1 ,…,M)估计其协方差矩阵RYY,即RYY=E[YmYmT],对RYY做奇异值分解RYY=UDUT;其中U为正交矩阵,D为对角矩阵;U=[Us,UN],Us=[u1,u2,…,u2K],UN

=[u2K+1,u2K+2,…,uL];DS=diag(λ1,λ2,…,λ2K),DN=diag(λ2K+1,λ2K+2,…,λL);

其中US为信号子空间,UN为噪声子空间,u为RYY的特征向量,λ为RYY的特征值;为了减少计算复杂度,接收信号被投影到信号子空间,则白化矩阵为白化

后的信号为:其中,白化后的混合矩阵是一个正交矩阵,且白化后的信号从L维降为2K

维;3-2.基于复数Fast-ICA算法,对白化后的数据进行处理,具体步骤如下:将观测信号白化后,选用基于复数的快速定点算法对信源信息和混合矩阵进行盲分离,其目的就是选择一个正交的分离矩阵W=[w1,w2,…,w2K];首先选择分离向量初始值,然后采用如下公式进行迭代:式(8)中:zm是白化处理后的信号,非线性函数g(a)=1/(0.1+a);对式(8)进行迭代直到收敛,则可得到第一个分离向量w1;如果要分离出多个分离向量,则需要对以上步骤重复进行即可;为了避免每次重复得到同一个分离向量,需要对式(8)在每次迭代后进行紧缩算法正交化处理:式中:w1,w2,…,wp-1是已经得到的前p-1个分离向量;重复执行式(8)、(9),直到搜索算法收敛,可以得到第p个分离向量wp;算法一直运行到p=2K,则整个搜索算法结束;可得观测矩阵中信息码向量的估计值:式中为经过独立分量分析后对观测矩阵中信息码向量Bm的估计;

3-3.对观测矩阵中的混合矩阵G进行估计,具体步骤如下:利用步骤3-2的独立分量分析算法估计出所有用户的扩频序列,根据公式(7)和(10),当分离矩阵W=[w1,w2,…,w2K]搜索结束后,有WA=I,即

在WCDMA信号中,由于扩频增益,信号子空间的能量远大于噪声子空间的能量,故由观测矩阵Ym的协方差矩阵RYY近似能够得到:将公式(11)带入公式(12)能够估计出信道矩阵为:

从上面分析可知,本文提出的快速不动点算法可以同时分离出所有用户信息Bm并估计混合矩阵G。5.根据权利要求2所述的WCDMA信号扰码估计和信源信息盲解码方法,其特征在于步骤4所述的对观测矩阵中的信息码向量Bm进行数据解调和扰码估计,具体步骤如下:经过ICA后所得到的每个用户的信息码向量Bm是以BPSK调制在载波Δωk·T上构成的,如公式(6)所示意,故将载波调制的信息码向量Bm通过锁相环去掉频偏;同时,由公式(5),经ICA后所得到的每个用户的扩频码是以QPSK调制在载波Δωk上构成的;由于DPCCH信道的Walsh码为全1码片,且cQ1k(i)=sIk(i),cQ2k(i)=sQk(i),可以看出,与DPCCH信道的Walsh码叠加在一起的扰码序列还是扰码本身,则公式(5)中每个用户的扩频序列Ck2也就是载波调制的扰码序列,所以将ICA所得到的载波调制的扰码序列通过锁相环后可直接对复扰码的实部和虚部进行盲估计;对于锁相环后盲估计所得到的信息码向量Bm和扰码的幅度具有不确定性,故对锁相环所得到的数据进行判决,让数据中大于0的数判为1,小于0的数判为-1,判决后就可估计出解调后的信源信息和扰码序列。