专利名称：一种ds-uwb信号多用户检测方法
技术领域：
本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种DS-UWB信号多用户检测方法。
背景技术：
直接序歹Ij超宽带(Direct Sequence UffB, DS-UWB) 是超宽带无线通信的一种调制方式，其信号波形为
势 ΙΨ冒絲1
沪 = Σ- JTf - ο,其中，、是第k个用户的二进
j^m a-0 j € |-I,+ 1)
制的信息符号， ] € {-1,+1}是第k个用户的伪随机序列，可用以实现多址通信，Tc表示脉
冲重复周期，表示信息周期，有Λ =τ>/7；，每个信息符号用Λ 个脉冲表示，Mp (t)表示超宽 带脉冲信号，通常采用一阶的高斯脉冲。由DS-UWB信号的波形形式可以看出，各用户信息 在传输时是占用相同的时间和频带的。区分各用户的信息是靠各用户加载信息的伪随机序 列之间的正交性来完成的，在接收端通过匹配滤波的方式，将与本用户扩频序列相关性最 强的信息提取出来，而其他用户的信号由于正交而被滤除。但是，在实际应用中，各个用户 的伪随机扩频序列并不能保证完全的正交，因此，在匹配滤波的过程中，其他用户的信息并 不能完全滤除，而是通过滤波器后保留的一部分，这部分信息会对接收的本用户造成干扰， 被称为多址干扰(Multiple Access Interference, MAI)。多用户检测的目的就是在各用 户伪随机序列之间不完全正交的情况下，最大限度地消除多址干扰。对于多用户检测问题，1986年，S. Verdu提出了最优多用户检测的思想，他将多用 户检测问题等效地转化为求解一个带有约束条件的非线性最值问题。该方法可以极大地减 少干扰，并且是理论上多址干扰消除的上界，因此称之为最优多用户检测，但是该方法有一 个致命的缺点，那就是其计算量是随着用户数的增加而呈指数级增长。当用户数很多时，该 方法的计算量将非常庞大，以至于任何计算设备都不可能在短时间内求得最优解。
发明内容
为了解决现有的最优多用户检测方法计算复杂度过大的问题，本发明提供一种 DS-UWB信号多用户检测方法。本发明的一种DS-UWB信号多用户检测方法，它包括以下步骤
步骤一获取DS-UWB信号，并将所述信号同时输入至K个匹配滤波器巧，以获
取K个用户输入信息艿，且存在K个匹配滤波器的互相关系数矩阵=满足
步骤二 利用次优算法检测步骤一获取的K个用户输入信息K，获得用户输入信息Λ 的次优解A，且存在K个次优解的误码率小于0. 1 ；步骤三求解函数/C&) = 2i/4v-y 的最大值，并将所述最大值问题转换成有5
等式约束条件的最优化问题
其中，
步骤四利用Lagrange乘子法求解步骤三所述的最优化问题，获取K个正确码元 ,完 成DS-UWB信号多用户检测。本发明的有益效果本发明提供了一种DS-UWB信号多用户检测方法，本方法首先 用简单的次优算法进行检测，获得了满足一定精度的次优解，有效降低了计算复杂度，然后 对这组次优解进行门限判决对求得的解中的码元进行判决，避免了误码的输出，提高了系 统性能。
图1为本发明的一种DS-UWB信号多用户检测方法的流程图。
具体实施例方式具体实施方式
一根据说明书附图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一 种DS-UWB信号多用户检测方法，它包括以下步骤
步骤一获取DS-UWB信号，并将所述信号同时输入至K个匹配滤波器i ,以获 取K个用户输入信息乃，且存在K个匹配滤波器的互相关系数矩阵β = (^)lkjr满足
步骤二 利用次优算法检测步骤一获取的κ个用户输入信I 1获得用户输入信息^ 的次优解# ,且存在K个次优解A的误码率小于0. 1 ；
步骤三求解函数=PiS的最大值，并将所述最大值问题转换成有
等式约束条件的最优化问题
，其中，
步骤四利用Lagrange乘子法求解步骤三所述的最优化问题，获取K个正确码元.ζ ,完 成DS-UWB信号多用户检测。
具体实施方式
二 本实施方式是对具体实施方式
一的进一步说明，具体实施方式
一在步骤二中，检测步骤一获取的K个用户输入信息乃的次优算法为解相关算法、最小均若b>0 若·& <0
步骤四三根据^eH ^，将步骤四二获得的ρ,_简化为％)=马為4.# —為乃
步骤四四设定门限C，判断是否存在，如果是，则执行步骤四六，否则执行步 骤四五；
步骤四五判定為为正确码元，并判断是否存在￡ 沐>0 ,如果是，则执行步骤四七， 否则执行步骤四六；
步骤四六判定為为误码，并将Ai符号取反作为正确码元爲输出；
步骤四七将為作为正确码元 输出。
具体实施方式
五本实施方式是对具体实施方式
四的进一步说明，具体实施方式
四在步骤四四中，设定的门限c的方法为当信噪比为-10 OdB时，设定门限c的数值为 80 69，即存在
方误差算法、干扰抵消检测算法或人工智能算法。
具体实施方式
三本实施方式是对具体实施方式
二的进一步说明，具体实施方式
二在步骤二中，检测步骤一获取的K个用户输入信息Λ的次优算法为人工智能算法中的蚁 群算法。本实施方式中，所述人工智能算法还包括遗传算法和禁忌算法。
具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
一、二或三的进一步说明，具体实 施方式一、二或三在步骤四中，利用Lagrange乘子法求解步骤三所述的最优化问题，获取K
个正确码元 的具体过程为
步骤四一令及⑷^询+吾全私丨-1)2 ,并根据步骤三获取的,⑷将所述ρ⑷
展开为？0)=及決為
步骤四二 对展开后的求导，获得本实施方式中，在无噪声的情况下，Libi) = O ,而在噪声存在的情况下，虽然￡(电)
不严格等于零，但也是一个接近零的数。由于次优解的误码率小于0. 1，则代入产( )中 的次优解绝大部分都是正确的。以和10为例，我们假设系统误码率为0. 1，则
一组码元集中全部为正确码的概率为P。=(1-0.1)" = 0.3487 ，
出现一个误码的概率为巧=Ci (1^0.1)9 0.1 = 0.3874 ,
出现两个误码的概率为Bi = Cf0(l - 0.1)8 0.12 = 0.1937 ,
出现两个以上误码的概率为巧=1-马-巧-巧=0.0702 ,
由于出现两个以上误码的概率很低，因此，我们可以认为在一组码元集中，至多出现两 个误码。下面分情况进行讨论。1)码元集中没有误码
由于~ i=l, 2，…都是正确的，则有W，i=l, 2，…,#在噪声存在的情况下，均 为0附近的小数。2)码元集中有一个误码
设~议e [l，K]，左e N)为误码，其余的码元均正确，则即使在无噪声的情况下，W， i=l, 2，…，f也不严格等于零。但误码&对Z {bk)的值影响较大，而对其他的Z {b)J=l, 2,… ,疋J·卢I它们的值影响不大。这样，就可以根据值的变化，判断~就是误码。3)码元集中有两个误码
设‘，bk2 {k,, k2 e [1,K], k2 e N, k, ^k2)为误码，其余的码元均正确，则由 2)的分析，对Z 和Ubk2、的值影响较大，对其他的式的值影响较小，但是，其变化程度 比2)情况有所减小。Lagrange乘子法的基本思路就是将简单蚁群算法(SACO)的值作为初始解代入式 Kbi)中，算出每个ZfV的值。设定一个门限C，若Izrv |>，则认为、为误码，将、符号 取反即可；否则，则认为、为正确码元。在具体实践过程中，仅靠门限作为判决条件是不够的，因为由于噪声的干扰，很有 可能会使一些正确码元的函数值冲破门限值，从而使正确的码元被当成误码。为了解决这 一问题，增加新的判决条件
假设&议e [l，K]，A e N)为误码，其余码元正确，且~=_1。这样，正确的码元为-bk=la在没有噪声的条件下，有
这样，我们可以看出与错误码元~同号。同理，当误码时，上述结论也成立。 这样，L(hk)b, > 0就成为另一个判决条件。 在实际问题中，为了方便判决门限的选取，通常将判决函数Z^J放大，在实际仿 真过程中，取判决函数为
=5|l(^.)| i=l，2，…，K 因此，我们可以看出，Lagrange乘子法包含了门限判决和性质判决。其中，L{h,)hk > O 为性质判决中的符号判决，L%) =Sll(Di)I为门限判决。
权利要求
一种DS UWB信号多用户检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤步骤一获取DS UWB信号，并将所述信号同时输入至K个匹配滤波器，以获取K个用户输入信息，且存在K个匹配滤波器的互相关系数矩阵满足；步骤二利用次优算法检测步骤一获取的K个用户输入信息，获得用户输入信息的次优解，且存在K个次优解的误码率小于0.1；步骤三求解函数的最大值，并将所述最大值问题转换成有等式约束条件的最优化问题，其中，,，，,；步骤四利用Lagrange乘子法求解步骤三所述的最优化问题，获取K个正确码元，完成DS UWB信号多用户检测。2010102287811100001dest_path_image001.jpg,867968dest_path_image002.jpg,2010102287811100001dest_path_image003.jpg,431585dest_path_image004.jpg,614436dest_path_image002.jpg,832928dest_path_image002.jpg,2010102287811100001dest_path_image005.jpg,3884dest_path_image005.jpg,425769dest_path_image006.jpg,2010102287811100001dest_path_image007.jpg,707583dest_path_image008.jpg,2010102287811100001dest_path_image009.jpg,655948dest_path_image010.jpg,2010102287811100001dest_path_image011.jpg,997805dest_path_image012.jpg,2010102287811100001dest_path_image013.jpg
2.根据权利要求1所述的一种DS-UWB信号多用户检测方法，其特征在于在步骤二中，检测步骤一获取的K个用户输入信息η的次优算法为解相关算法、最小均方误差算法、干扰抵消检测算法或人工智能算法。
3.根据权利要求2所述的一种DS-UWB信号多用户检测方法，其特征在于在步骤二中，检测步骤一获取的κ个用户输入信Iι的次优算法为人工智能算法中的蚁群算法。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种DS-UWB信号多用户检测方法，其特征在于在步骤 四中，利用Lagrange乘子法求解步骤三所述的最优化问题，获取K个正确码元i,的具体过 程为步骤四一令· = ^)+|_驭|-I)2 ,并根据步骤三获取的将所述’j展开为汽一-Σ'彻 +^E(W-I)2，其中，为Lagrange ^；步骤四二 对展幵后的求导，获得 若b>0 若 < 0h e，将步骤四二获得的_简化为L(Pi)步骤四四设定门限c，判断是否存在，如果是，则执行步骤四六，否则执行步 骤四五；步骤四五判定力正确码元，并判断是否存在工伪>0 ,如果是，则执行步骤四七， 否则执行步骤四六；步骤四六判定為为误码，并将;符号取反作为正确码元爲输出；步骤四七将^作为正确码元 输出。
5.根据权利要求4所述的一种DS-UWB信号多用户检测方法，其特征在于在步骤四四 中，设定的门限c的方法为当信噪比为-10 OdB时，设定门限c的数值为80 69，即存 在
全文摘要
一种DS-UWB信号多用户检测方法，它涉及检测技术领域，它解决了现有的最优多用户检测方法计算复杂度过大的问题。本发明的检测方法首先获取DS-UWB信号，并将所述信号同时输入至K个匹配滤波器，以获取K个用户输入信息；然后，利用次优算法检测所获取的用户输入信息，以获得其次优解；最后利用Lagrange乘子法求解最优化问题，获取K个正确码元，完成DS-UWB信号多用户检测。本发明适用于多用户信号检测。
文档编号H04B1/69GK101931430SQ20101022878
公开日2010年12月29日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者匡运生, 吴芝路, 尹振东, 杨柱天, 梁家洋 申请人:哈尔滨工业大学