一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法技术

一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法，本发明专利技术涉及波分多址超宽带多用户检测方法。本发明专利技术为了解决现有波分多址超宽带多用户检测方法实时性差以及检测性能低的问题。本发明专利技术包括：一：获取高斯信道下波分多址超宽带信号，将超宽带信号输入至K个匹配滤波器中进行初步检测，得到匹配滤波结果y；二：将K个用户的匹配滤波结果y进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果y映射为符合高斯混合模型的码元映射结果；三：将码元映射结果

A WDM multi user detection method based on Gauss mixture model clustering

A wavelength division multiple access (WDM) UWB multiuser detection method based on Gauss mixture model clustering is presented. The invention relates to a WDM UWB multiuser detection method. The invention solves the problems of poor real-time performance and low detection performance of the existing WDM UWB multi-user detection method. The invention includes: 1) acquiring the WDM ultra-wideband signal under the Gauss channel, inputting the ultra-wideband signal into K matched filters for preliminary detection, and obtaining the matched filtering result y; 2) mapping the matched filtering result y of K users to conform to the Gauss mixture by symbol judgment and symbol mapping. The result of symbol mapping of the model; three: the result of symbol mapping.

【技术实现步骤摘要】
一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法
本专利技术涉及超宽带通讯，具体涉及基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法。
技术介绍
波分多址超宽带是超宽带无线通信的一种调制方式，波分多址通信系统与传统通信系统的区别就在于，它进行脉冲调制时使用的脉冲波形是正交小波产生的，各个用户采用的是互相正交的小波函数。信源通过编码后与正交小波进行BPSK调制，通过脉冲信号发射机发射到空间信道中，经过脉冲信号接收机同步捕获之后，进行匹配滤波及多用户检测，得到基带信号。假设系统中存在K个用户，用户的发射机均采用二进制相移键控(BPSK)的方式进行调制。在第k(k＝1,2,…,K)个用户中，该发射机发射的波形是wk(t)，该波形周期为Tp，且利用BPSK方式，使用bki∈{-1,+1}的符号进行调制，bki为第k个用户发送的第i个比特，脉冲重复周期为Ts，发射信号幅度为ak。则第k个用户发射机发射M比特的信息可以用数学表达式表示为：然而在实际使用中，由于用户之间的波形并非严格正交，会产生多址干扰，特别是在异步传输中，多址干扰将变得更加严重，严重影响系统的检测性能和容量。多用户检测技术是一种能够消除或减弱多址干扰的接收端技术。最优多用户检测算法可使系统的检测性能逼近单用户系统的情况，但是该算法的计算量非常大，导致系统的实时性很差，工程上一般很少使用。而次优的检测算法虽然计算复杂度低，但是其检测性能与最优情况相差较大大，不适合高质量的通信场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有波分多址超宽带多用户检测方法实时性差以及检测性能低的问题，而提出一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法。一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法包括以下步骤：步骤一：获取高斯信道下波分多址超宽带信号，将超宽带信号输入至K个匹配滤波器中进行初步检测，得到匹配滤波结果y＝[y1,y2,...,yK]T，其中y1,y2,...,yK为第1个用户到第K个用户的匹配滤波结果；K个用户对应K个匹配滤波器；步骤二：将K个用户的匹配滤波结果y进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果y映射为符合高斯混合模型的码元映射结果为第j个用户匹配滤波结果y进行符号判决的结果；步骤三：将码元映射结果进行高斯混合模型聚类，将错误码元纠错后，输出波分多址超宽带多用户检测结果。本专利技术的有益效果为：本专利技术多用户检测方法首先将波分多址超宽带信号通过匹配滤波器进行初步检测；然后利用高斯混合模型聚类进行码元纠错判决，从而逼近最优多用户检测的性能。本专利技术适用于高斯信道下的波分多址超宽带多用户检测检测。本专利技术方法解决了现有多用户检测方法计算复杂度过高导致的系统实时性差，以及检测性能低的问题。在用户数K＝10的情况下，仿真分析了本专利技术方法的误码率性能，误码率性能相比匹配滤波有显著提升，优于解相关多用户检测的经典算法，并接近最优多用户检测算法的误码率性能(理论下限)，信噪比为8dB的情况下，本专利技术方法的误码率性能比匹配滤波结果提高了约6.5倍，相比解相关多用户检测的经典算法提高了约24％。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为基于高斯混合模型聚类的多用户检测算法误码率；图3为基于混合高斯模型的多用户检测算法原理框图。具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法包括以下步骤：步骤一：获取高斯信道下波分多址超宽带信号，将超宽带信号输入至K个匹配滤波器中进行初步检测，得到匹配滤波结果y＝[y1,y2,...,yK]T，其中y1,y2,...,yK为第1个用户到第K个用户的匹配滤波结果；步骤二：将K个用户的匹配滤波结果y进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果y映射为符合高斯混合模型的码元映射结果为第j个用户匹配滤波结果y进行符号判决的结果；步骤三：将码元映射结果进行高斯混合模型聚类，将错误码元纠错后，输出波分多址超宽带多用户检测结果。在用户数K＝10的情况下，仿真分析了基于高斯混合模型聚类的多用户检测算法的误码率性能，误码率性能高于匹配滤波，解相关多用户检测，并接近最优多用户检测算法的误码率性能(理论下限)，如图2所示。本专利技术原理图如图3所示。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中所述K个匹配滤波器的互相关系数矩阵R＝(rij)K×K，满足且rii＞＞|rij|，rii≈1，i,j＝1,2,…,K，i≠j；其中rii为互相关系数矩阵R中第i行第i列元素，rij为互相关系数矩阵R中第i行第j列元素。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中将K个用户的匹配滤波结果yj进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果yj映射为符合高斯混合模型的码元映射结果的具体过程为：步骤二一：令初始映射函数其中是匹配滤波结果y进行符号判决的结果；其中A为对角矩阵，为第一个用户到第K个用户匹配滤波结果y进行符号判决的结果；步骤二二：对求偏导，得到：步骤二三：令映射方程为：其中Aj为接受到的第j个超宽带信号的幅度值；根据映射方程改写为：其中bi为发送码元，nj为高斯信道下的高斯白噪声；步骤二四：将所有用户信号幅度大小统一并设定为1，即A1＝A2＝...＝AK＝1，映射方程简化为：将bj分为以下两种情况：其中H0为是正确码元的情况，H1为是错误码元的情况；如果为正确码元则若为错误码元则得到：其中N为高斯分布，σ2为高斯分布的方差；步骤二五：由于K个匹配滤波器的互相关系数矩阵R＝(rij)K×K，满足且rii＞＞|rij|，rii≈1，i,j＝1,2,…,K,i≠j，得到：其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中将码元映射结果进行高斯混合模型聚类，将错误码元纠错的具体过程为：无论是正确码元还是错误码元，码元经过函数映射后的结果是一个服从高斯分布且方差相同的随机变量。利用EM算法进行高斯混合模型聚类，令正确码元映射后的分布均值初值为0，错误码元映射后的分布均值初值设为2，类别数量为2类。高斯混合模型聚类结果分为两类：错误码元和正确码元。将错误码元取反之后和正确码元一起输出，得到波分多址超宽带多用户检测结果。步骤三一：令正确码元映射后的分布均值初值为0，错误码元映射后的分布均值初值设为2，进行高斯混合模型聚类；步骤三二：高斯混合模型聚类结果分为两类：错误码元和正确码元；将错误码元取反之后和正确码元一起输出，得到波分多址超宽带多用户检测结果。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。本专利技术还可有其它多种实施例，在不背离本专利技术精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本专利技术作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本专利技术所附的权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法，其特征在于：所述基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法包括以下步骤：步骤一：获取高斯信道下波分多址超宽带信号，将超宽带信号输入至K个匹配滤波器中进行初步检测，得到匹配滤波结果y＝[y1,y2,...,yK]T，其中y1,y2,...,yK为第1个用户到第K个用户的匹配滤波结果；步骤二：将K个用户的匹配滤波结果y进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果y映射为符合高斯混合模型的码元映射结果

【技术特征摘要】
1.一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法，其特征在于：所述基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法包括以下步骤：步骤一：获取高斯信道下波分多址超宽带信号，将超宽带信号输入至K个匹配滤波器中进行初步检测，得到匹配滤波结果y＝[y1,y2,...,yK]T，其中y1,y2,...,yK为第1个用户到第K个用户的匹配滤波结果；步骤二：将K个用户的匹配滤波结果y进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果y映射为符合高斯混合模型的码元映射结果为第j个用户匹配滤波结果y进行符号判决的结果；步骤三：将码元映射结果进行高斯混合模型聚类，将错误码元纠错后，输出波分多址超宽带多用户检测结果。2.根据权利要求1所述一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法，其特征在于：所述步骤一中所述K个匹配滤波器的互相关系数矩阵R＝(rij)K×K，满足且rii＞＞|rij|，rii≈1，i,j＝1,2,…,K，i≠j；其中rii为互相关系数矩阵R中第i行第i列元素，rij为互相关系数矩阵R中第i行第j列元素。3.根据权利要求2所述一种基于高斯混合模型聚类的波分多址超宽带多用户检测方法，其特征在于：所述步骤二中将K个用户的匹配滤波结果yj进行符号判决和码元映射，将匹配滤波结果yj映射为符合高斯混合模型的码...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹振东，沈涛，吴芝路，吴明阳，赵延龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23