基于变异粒子群粒子滤波的单通道扰信盲分离方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103905352103905352A(43)申请公布日2014.07.02(21)申请号201210575272.5(22)申请日2012.12.27(71)申请人中国人民解放军理工大学地址210007江苏省南京市御道街标营2号通信工程学院卫星通信教研室(72)发明人路威张邦宁张杭谭晓波辜方林陈乾张江(51)Int.Cl.H04L25/03(2006.01)H04L25/02(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书6页说明书6页附图10页附图10页(54)发明名称基于变异粒子群粒子滤波的单通道扰信盲分离方法(57)摘要本发明请求保护基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法(MPSOPF-SCBSS)，属于通信信号处理和通信抗干扰领域。针对较大干信比、较少粒子数量和较低信噪比情况下的单通道通信信号与干扰盲分离难题，本发明采用贝叶斯滤波估计进行通信信号与干扰分离，即首先建立单通道受扰通信信号的状态空间模型，将单通道扰信盲分离问题转化为通信码元和系统未知参数的联合估计，并通过变异粒子群优化粒子滤波实现联合估计，达到盲分离的目的；通过粒子群优化中的速度-位移更新函数和Metropolis-Hastings变异规则，既减少了序贯估计过程中需要的粒子数量又保证了粒子集合的多样性。此外，提出的变异粒子群优化规则，使本发明能够在单通道受扰情况下，降低对通信信号信噪比的要求。CN103905352ACN103952ACN103905352A权利要求书1/3页1.一种基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离方法(MPSOPF-SCBSS)，其特征在于，主要包括如下部分：第一步：根据通信信号和干扰的解析表达式，建立受扰通信信号的状态空间模型，将单通道盲分离问题转化为多参数(一般是通信码元、信道传输参数或信号表达参数)的贝叶斯联合估计问题；第二步：利用变异粒子群粒子滤波对模型中的通信码元和未知参数向量进行贝叶斯最大后验估计；第三步：在序贯贝叶斯估计的过程中，利用基于Metropolis-Hastings变异的粒子群优化操作进行粒子重采样，达到减少所需粒子数量和提高扰信分离性能的目的。2.根据权利要求1所述的基于变异粒子群粒子滤波的单通道通信信号与干扰盲分离实施方法，其特征在于，主要包括如下步骤：1)将单通道接收的受扰通信信号下变频为基带信号并进行数字化采样，其数学解析式可表示为(以单音干扰为例)：其中，y(t)是单通道接收的受扰信号，x1(t)是通信源信号，x2(t)是同信道单音干扰，v(t)是高斯白噪声。T是码元周期，g(·)是成型滤波器，L为滤波器的拖尾长度。在合作通信的情况下可以假设上述参数已知。Δf1是通信信号的残留频偏，Δθ1是其残留相偏，Δf1是单音干扰的残留频偏，Δθ2是其残留相偏，an是传输的码元，τ是通信信号的本地定时偏差，h1和h2分别是通信信号与干扰在接收端的幅度，这些是待估计的未知参数。需要注意的是，上式中x1(t)和x2(t)的表达式应根据通信信号与干扰的类型进行变化，例如，若线性干扰为扫频干扰，则x2(t)变为：其中Δf2是扫频干扰起始频率的残余频偏，Δf3是扫频干扰的调制斜率；2)建立单通道受扰通信信号的状态空间模型：根据采样点与码元周期间的关系，若从k-1到k时刻的过程中码元序号发生变化，则状态转移方程如下式所示：其中，为(2L+1)×(2L+1)的转移矩阵，为扰动向量，为与第k个采样点对应的码元波形有关的码元向量，为下一个未知码元，λ＝{τ，h1，h2，Δf1，Δf2，Δθ1，Δθ2}表示全部未知参数组成的集合，f(·)为系统参数的状态转移函数；若码元序号未发生变化，则状态转移方程如下式所示：2CN103905352A权利要求书2/3页单通道受扰通信信号的观测方程为：单音干扰：线性扫频干扰：其中：m为相对于码元速率的过采样倍数，gk为矢量形式的成型滤波器；3)产生初始粒子集合N为粒子个数；4)依据下式计算目前粒子集的似然分布其中，A为码元取值的集合。根据上式便可获得新采样粒子的似然分布。5)依据公式更新粒子对应的权值归一化并更新粒子集合6)根据公式计算当前粒子集合的退化程度；7)若Neff≤N/3，则利用基于Metropolis-Hastings变异规则对粒子群进行重采样，更新粒子权值并返回执行4)；否则进行8)；8)根据下式计算当前采样时刻的参数估计值和码元估计值并根据状态转移方程计算下一采样时刻参数和码元的预测值，转而执行4)。3.根据权利要求1和2所述的单通道通信信号与干扰盲分离方法处理的信号类型，其特征在于：1)针对无线通信中的通信信号抗干扰处理：即以要求1和2为实现依据的