專利名稱：壓縮域直擴接收機的誤碼性能評價方法
技術領域：
本發明涉及壓縮感知技術，屬于通信信號處理領域，具體涉及兩種壓縮域直擴接收機的誤碼性能評價方法。
背景技術：
根據Nyquist采樣定律，接收機為了無失真地接收信號，需要以不低于信號的最高頻分量兩倍的速率進行采樣。隨著當今無線通信系統的發展，信號的帶寬越來越寬，這就對接收機前端A/D提出了很高的要求。在直接序列擴頻通信系統中，由于在擴頻過程中，將信號帶寬進一步地展寬，使得接收機按照Nyquist采樣定律進行采樣變得非常困難，這樣會增加采樣成本和采樣復雜度。另外，在擴頻之后，即便系統能夠以Nyquist速率進行采樣，所采得的數據量也會相當的大，這就要耗費后續的數字化處理資源和時間。傳統的直接 序列擴頻通信系統仍以Nyquist速率進行采樣，但是，隨著信號頻率的提高，系統的A/D部分的采樣速率開始逼近物理極限，會造成提高設計難度和增加成本。因此，迫切需要一種方法能夠將系統的采樣率降至Nyquist速率以下。壓縮感知理論出現于2005-2006年，該理論指出利用某個選定的測量矩陣可把一個稀疏的高維信號投影到低維的空間上，并證明了這樣的隨機投影包含了重建信號的足夠信息。即壓縮感知理論利用信號的稀疏性(或可壓縮性)先驗條件，通過一定的線性或非線性的解碼模型可以以很高的概率重建原始信號。壓縮感知依賴于兩個準則稀疏性和不相關性。稀疏性的數學定義是信號S在基ΨΝχυ下的變換系數為5 = 如果§中的非零元素很少，則稱信號S在基ΨΝχυ下是稀疏的。只要信號具有稀疏性，我們就可以通過適當的方式來采集和恢復出原信號。不相關性是指，測量矩陣ΦΜΧΝ的任意一列在基Ψ下的表示都是非稀疏的。測量矩陣ΦΜΧΝ需要滿足Restricted isometry Property (RIP)的條件，為特定信號專門設計測量矩陣是非常困難的，而高斯隨機矩陣和Rademacher矩陣滿足這一條件，目前，二者為最常用的測量矩陣。同時，壓縮感知理論指出，若信號的稀疏度為K，則存在測量矩陣ΦΜΧΝ，其中，
M=cx(^log-^),M<<N, c為常數，使得信號可以被精確地恢復。對于稀疏信號進行 K
恢復，已經有多種成熟的方法，如通過對I1范數的最優化的方法、利用貪婪算法(greedyalgorithm)以及基搜索(basis pursuit)方法。目前壓縮感知理論已經用于直接序列擴頻接收機中，如本申請人于2012-5-15日申請的申請號為201210150961. I的“基于壓縮感知的直接序列擴頻信號采集和恢復方法”。壓縮感知輔助的直接序列擴頻接收機以一定的信噪比損失為代價，換取了采樣率的大幅下降。數字通信系統接收機最重要的指標是誤碼率，到目前為止，對于該類型接收機的誤碼率分析依賴于蒙特卡洛仿真。蒙特卡洛仿真本身所需的運算量和運算時間非常巨大。因此，有必要尋找另一種簡單的方式來評價接收機的性能。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種壓縮域直擴接收機的誤碼性能評價方法，該方法利用直接序列擴頻信號在壓縮域的數學模型，給出了最小均方誤差(MMSE)接收機的誤碼率理論值，可以對壓縮域直擴接收機的性能進行評價。該方案是這樣實現的步驟一、獲取壓縮域直擴接收機采集和恢復直接序列擴頻信號使用的測量矩陣ΦΜΧΝ和基ΨΝχυ ;其中，Μ，N, U均為正整數；步驟二、壓縮域直擴接收機的可分辨多徑數量為P，信號幀長度為Q，假設已知各可分辨多徑的準確延時T1, T2,..., τ P和復幅度Y1, Y 2) , Yp,而實際延時為DXL種，L為一個碼元周期Ts內碼片周期Tc的個數，D為常數；U= (DXL) XQ ；從DL種延時中，任意選擇P種，采用下式計算； if—=去
(J H IK _(q) = Ps[q]/Pn[q] ;QU)=廣； σ 2 為信號噪聲功率；
χ LKPs = diag[(CM) (CM)H]，Pn = diag[C(MMH+2 σ 2I) Ch-(CM) (CM)H]，Ps[q]、Pn[q]分別為匕和Pn中第q個元素；C = (MhM+ ο 2I) -1Mh, ΜΜ<β = Ιρχ( } ;Θ表示 kronecker 積；設從DL種延時0，δ，2 δ，…，(DL-1 δ )中任意選擇P種，選定的P種記為X1 δ , X2 δ , ...，χρδ，Xl Xp的取值范圍為(TDL-1 ;則入是從Amxu中選取XiXQ+1 (Xi+1)XQ的列向量組成的矩陣，i取遍I P，Amxu= ΦΨ。步驟三、遍歷所有延時組合，得到〔I個，取平均，即為接收機的平均誤碼率。有益效果本發明所提供的方法，通過分析直接序列擴頻信號在壓縮域的數學模型，給出了最小均方誤差(MMSE)接收機的誤碼率理論值，可以對壓縮域直擴接收機的性能進行評價，該評價方法消耗的時間和資源量遠遠小于傳統的蒙特卡洛方法。
圖I為本發明流程圖。圖2為本發明評價方法與蒙特卡洛仿真結果對比圖。
具體實施例方式下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。首先對直擴信號進行介紹。由于電磁波在傳輸至接收機的過程中，電磁波在無線信道中會受多徑效應的影響，因此，接收機所接收到的波形是含有噪聲的不同延時信號的疊加。對于直接序列擴頻通信系統而言，接收機所接收的直擴信號是對不同傳輸多徑下的擴頻波形延時后，進行可分辨多徑增益加權并乘以相應的對極碼元，最終進行疊加后所構成。在不考慮信號載波且未加噪聲的情況下，對于直接序列擴頻通信系統，接收機所接收的信號S (t)的等效基帶可表示為
權利要求
1.一種壓縮域直擴接收機的誤碼性能評價方法，其特征在于，包括 步驟一、獲取壓縮域直擴接收機采集和恢復直接序列擴頻信號使用的測量矩陣Φ調和基ΨΝχυ;其中，M，N，U均為正整數； 步驟二、壓縮域直擴接收機的可分辨多徑數量為P，信號幀長度為Q，假設已知各可分辨多徑的準確延時T1, T2,..., τρ和復幅度Y1, Y 2) , Yp,而實際延時為DXL種,L為一個碼元周期Ts內碼片周期Tc的個數，D為常數；U= (DXL) XQ； 從DL種延時中，任意選擇P種，采用下式計算Zfwsf ； P，=泣 Q Cf I Kmse(Q) =Ps[q]/Pn[q] =O2 為信號噪聲功率； Jx 2πPs = diag[(CM) (CM)H]，Pn = diag[C(MMH+2 σ 2I) Ch-(CM) (CM)H]，Ps[q]、Pn[q]分別為 Ps和Pn中第q個元素; C = (MhM+σ 2D-1MhjMmx0 =A{[ri,r2)...,r/>f I一；0表示 kronecker 積； 設從DL種延時0，δ，2δ，···，(DL-Ιδ)中任意選擇P種，選定的P種記為X1 δ，χ2 δ，…,χρδ , X廣χρ的取值范圍為(TDL-1 ;則又是從Amxu中選取XiXQ+l (Xi+1) XQ的列向量組成的矩陣，i取遍I P，Amxu = Φ Ψ。 步驟三、遍歷所有延時組合，得到，取平均，即為接收機的平均誤碼率。
全文摘要
本發明公開了一種壓縮域直擴接收機的誤碼性能評價方法，步驟一、獲取壓縮域直擴接收機采集和恢復直接序列擴頻信號使用的測量矩陣ΦM×N和基ΨN×U；步驟二，從DL種延時中，任意選擇P種，采用當前延時組合對應的理想誤碼率步驟三，遍歷所有延時組合，得到所有取平均，即為接收機的平均誤碼率。本發明通過分析直接序列擴頻信號在壓縮域的數學模型，給出了接收機的誤碼率理論值，可以對壓縮域直擴接收機的性能進行評價，該評價方法消耗的時間和資源量遠遠小于傳統的蒙特卡洛方法。
文檔編號H04B17/00GK102946287SQ20121045896
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者韓航程, 王帥, 安建平, 王鐵星, 方金輝, 卜祥元, 孫磊 申請人:北京理工大學