基于變異粒子群粒子濾波的單通道擾信盲分離方法
【專利摘要】本發(fā)明請求保護(hù)基于變異粒子群粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離方法(MPSOPF-SCBSS)，屬于通信信號處理和通信抗干擾領(lǐng)域。針對較大干信比、較少粒子數(shù)量和較低信噪比情況下的單通道通信信號與干擾盲分離難題，本發(fā)明采用貝葉斯濾波估計進(jìn)行通信信號與干擾分離，即首先建立單通道受擾通信信號的狀態(tài)空間模型，將單通道擾信盲分離問題轉(zhuǎn)化為通信碼元和系統(tǒng)未知參數(shù)的聯(lián)合估計，并通過變異粒子群優(yōu)化粒子濾波實(shí)現(xiàn)聯(lián)合估計，達(dá)到盲分離的目的；通過粒子群優(yōu)化中的速度-位移更新函數(shù)和Metropolis-Hastings變異規(guī)則，既減少了序貫估計過程中需要的粒子數(shù)量又保證了粒子集合的多樣性。此外，提出的變異粒子群優(yōu)化規(guī)則，使本發(fā)明能夠在單通道受擾情況下，降低對通信信號信噪比的要求。
【專利說明】基于變異粒子群粒子濾波的單通道擾信盲分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供的是一種單通道接收情況下的擾信盲分離方法，具體涉及基于變異粒子群重采樣粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離方法(MPSOPF-SCBSS)，屬于通信信號處理和通信抗干擾領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]通信信號與干擾盲分離是提高通信系統(tǒng)可靠性的手段之一。與擴(kuò)頻通信中頻譜擴(kuò)展和干擾抑制抗干擾的原理不同，干擾分離采用盲信號處理的方法對接收到的受擾信號進(jìn)行分解、估計和成份分離，能夠在不損傷通信信號的前提下，最大程度地分離通信信號和干擾，增加系統(tǒng)的抗干擾容限，可處理擴(kuò)頻和非擴(kuò)頻信號，這種方法正逐漸成為提高通信系統(tǒng)可靠性的重要途徑之一。
[0003]單通道通信信號與干擾盲分離是擾信分離的一個重要研究方向，其主要研究如何從單路接收到的受擾信號(通信信號與干擾的混合)中分離或估計出源信號。相對多通道擾信分離問題而言，這是一個極端病態(tài)的難題，解決起來有很大難度。但是由于其只需要一套接收設(shè)備，比起多陣元或多信道接收而言，降低了接收設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，并且在很多通信系統(tǒng)的應(yīng)用場景中，無法滿足多通道盲分離的條件(如衛(wèi)星通信)。因此，單通道擾信分離具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價值。
[0004]目前針對單通道通信信號盲分離問題，主要有三種解決思路:一是通過過采樣將單通道轉(zhuǎn)化為多通道，再利用多通道盲分離的方法進(jìn)行處理，這種方法的缺點(diǎn)是對噪聲敏感，并且當(dāng)信號存在頻偏、相偏時分離效果不佳。二是利用通信信號的循環(huán)平穩(wěn)特性，循環(huán)譜域上構(gòu)造濾波器進(jìn)行分離，這種方法的困難在于，不是所有的信號組合在循環(huán)譜域上都具有差異。三是根據(jù)貝葉斯濾波原理，將信號盲分離轉(zhuǎn)化狀態(tài)空間模型中的通信碼元和未知參數(shù)的聯(lián)合估計問題，通過序貫估計分離通信信號和干擾，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是以信號的解析表達(dá)式為基礎(chǔ)，有嚴(yán)格的理論依據(jù)，并且可將需要求解的參數(shù)(如信息碼元、信號或干擾的頻偏、相偏、符號位定時、信道傳輸參數(shù)等)作為貝葉斯估計中的待估目標(biāo)，處理方式相對靈活；目前關(guān)于此方面研究主要局限于對兩路功率基本相同的通信信號進(jìn)行盲分離，沒有研究存在惡意干擾(人工信比)情況下的盲分離，并且現(xiàn)有的算法要求使用大數(shù)量的粒子逼近概率密度分布，并且在通信信號的信噪比較低時分離效果均不理想(目前的研究普遍認(rèn)為，針對兩路功率相當(dāng)?shù)腂PSK信號，在4倍過采樣情況下，若要求誤碼率小于10_4，則BPSK信號的SNR需大于15dB)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于變異粒子群粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離方法(MPSOPF-SCBSS)，其目的重在提供一種可滿足較大干信比、較少粒子數(shù)量和較低信噪比情況下的單通道擾信盲分離方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:[0007]基于變異粒子群粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離方法。本方法采用狀態(tài)空間模型對遭受干擾的單通道通信信號進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，將單通道擾信盲分離問題轉(zhuǎn)化為通信碼元和系統(tǒng)未知參數(shù)的聯(lián)合估計，并通過粒子濾波實(shí)現(xiàn)聯(lián)合估計達(dá)到盲分離的目的。為了改善序貫估計過程中出現(xiàn)的粒子貧化現(xiàn)象，采用變異粒子群優(yōu)化(MPSO)規(guī)則進(jìn)行粒子重采樣(利用基于Metropolis-Hastings變異的粒子群優(yōu)化操作進(jìn)行粒子重采樣,通過粒子群的速度-位移更新函數(shù)，尋找種群的個體最優(yōu)和全局最優(yōu)解，同時完成粒子重采樣)，既減少了序貫估計過程中需要的粒子數(shù)量又保證了粒子集合的多樣性。此外，變異粒子群的優(yōu)化規(guī)則，使本文方法能夠一定程度上降低對通信信號信噪比的要求(依據(jù)不同的干信比而定)。主要實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0008]第一步:根據(jù)通信信號和干擾的解析表達(dá)式，建立受擾通信信號的狀態(tài)空間模型，將單通道盲分離問題轉(zhuǎn)化為多參數(shù)(一般是通信碼元、信道傳輸參數(shù)或信號表達(dá)參數(shù))的聯(lián)合估計問題；
[0009]第二步:利用變異粒子群粒子濾波對模型中的通信碼元和未知參數(shù)向量進(jìn)行貝葉斯最大后驗(yàn)估計；
[0010]第三步:在序貫估計的過程中，利用基于Metropolis-Hastings變異的粒子群優(yōu)化操作進(jìn)行粒子重采樣，達(dá)到減少所需粒子數(shù)量和提高擾信分離性能的目的。
[0011]上述中:
[0012]I)建立受擾通信信號狀態(tài)空間模型的具體方法是:
[0013]假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)單路接收到由通信信號與干擾混合而成的受擾信號(以單音干擾為例)，其下變頻后的基帶信號可表達(dá)為公式(I):
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于變異粒子群粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離方法(MPSOPF-SCBSS)，其特征在于，主要包括如下部分: 第一步:根據(jù)通信信號和干擾的解析表達(dá)式，建立受擾通信信號的狀態(tài)空間模型，將單通道盲分離問題轉(zhuǎn)化為多參數(shù)(一般是通信碼元、信道傳輸參數(shù)或信號表達(dá)參數(shù))的貝葉斯聯(lián)合估計問題； 第二步:利用變異粒子群粒子濾波對模型中的通信碼元和未知參數(shù)向量進(jìn)行貝葉斯最大后驗(yàn)估計； 第三步:在序貫貝葉斯估計的過程中，利用基于Metropolis-Hastings變異的粒子群優(yōu)化操作進(jìn)行粒子重采樣，達(dá)到減少所需粒子數(shù)量和提高擾信分離性能的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變異粒子群粒子濾波的單通道通信信號與干擾盲分離實(shí)施方法，其特征在于，主要包括如下步驟: 1)將單通道接收的受擾通信信號下變頻為基帶信號并進(jìn)行數(shù)字化采樣，其數(shù)學(xué)解析式可表示為(以單音干擾為例):
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的單通道通信信號與干擾盲分離方法處理的信號類型，其特征在于: 1)針對無線通信中的通信信號抗干擾處理:即以要求I和2為實(shí)現(xiàn)依據(jù)的，無線通信(如衛(wèi)星通信、移動通信、短波通信等)中單通道通信信號與干擾盲分離處理應(yīng)用，干擾類型包括系統(tǒng)多用戶間干擾、系統(tǒng)間干擾、惡意破壞性干擾(單音干擾、窄帶干擾、掃頻干擾、轉(zhuǎn)發(fā)式干擾)； 2)針對無線通信中單通道接收混合信號盲分離處理:即以要求I和2為實(shí)現(xiàn)依據(jù)的，無線通信中單通道接收到的混合信號盲分離處理應(yīng)用，例如通信信號與噪聲盲分離，通信信號與通信信號盲分離；3)針對雷達(dá)信號處理中的單通道混合信號盲分離處理；即以要求I和2為實(shí)現(xiàn)依據(jù)
的，雷達(dá)信號處理中的單通道混合信號盲分離處理應(yīng)用。
【文檔編號】H04L25/02GK103905352SQ201210575272
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】路威, 張邦寧, 張杭, 譚曉波, 辜方林, 陳乾, 張江 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)